Nature：研究人員成功研製出在自然環境中使用的鋰-空氣電池

日前，伊利諾伊大學芝加哥分校和阿爾貢國際實驗室的研究人員已經設計出可以在自然環境中使用的鋰-空氣電池，並且在750次（新紀錄）充放電循環之後仍能工作。此項研究結果發表在 Nature雜誌上。

此文章的作者之一，機械工業工程助理教授Amin Salehi-Khojin說：「鋰-空氣電池的成功是電池領域的一次新革命，對於詮釋什麼是『超鋰離子』電池也是重要的一步。當然，鋰空氣電池的「商業化」仍需很多工作。」

鋰-空氣電池它能比為我們的手機、筆記本電腦和電動汽車提供動力的鋰離子電池提供多5倍的能量，多年來一直吸引著電池研究者們，但有幾個障礙一直困擾著它們的發展。

鋰-空氣電池的工作原理是：放電時，正極的鋰結合和空氣中的氧在負極上產生氧化鋰，放電時，氧化鋰還原成氧和鋰。

遺憾的是，這種實驗性的鋰-空氣電池並不能真正在自然環境中工作，因為鋰離子與空氣中的二氧化碳和水蒸氣的反應使得正極鋰氧化，負極上產生副產物。而這些副產物會使負極膠化，最終形成塗層包覆在電極上，導致電池失效。這些實驗性電池依靠的是實驗室環境（純氧狀態），因此氧氣的可燃性風險限制了它們的實用性。

文章的作者之一，阿爾貢實驗室傑出研究員Larry Curtiss說:「一些研究人員已經進行了鋰-空氣電池的嘗試，但最終由於很差的循環性而失敗。」

UIC-Argonne團隊已經克服這些挑戰--通過「正極、負極和電解液」（電池的三要素）的獨特結合來阻止正極氧化，負極集聚副產物，使得鋰空氣電池可以在自然環境中使用。

他們在陽極鋰上塗上一層薄薄的碳酸鋰，這樣可以選擇性地讓陽極中的鋰離子進入電解液，同時防止不需要的化合物到達陽極。

在鋰-空氣電池中，負極就是接收空氣。在鋰空氣電池的實驗設計中，氧氣及其他氣體一起組成空氣通過隔膜（以碳為基礎的海綿狀晶格結構）進入電解液中。

Salehi-Khojin和他的同事用一種硫酸氫鉬鹽催化劑來塗覆這種晶格結構，又使用由離子液體和二甲亞碸（電解液常見組分）組成的獨特電解液，來促進正極的鋰和氧反應，減少鋰與空氣中其他元素的反應，進而提高電池效率。

Salehi-Khojin說：「我們通過重新設計電池的每一個部分來進行電池的架構改革，幫助我們實現想要的反應並阻止副反應。」

UIC團隊構造、測試、分析、描述每一個紐扣電池。此外，阿爾貢團隊及加州州立大學的同事也對電池進行了計算分析。

原文來自rdmag，原文題目：New Design Produces True Lithium-Air Battery，由材料科技在線團隊翻譯整理

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