韓國(guó)研究人員近日發(fā)現(xiàn)，鋰空氣電池的性能與二氧化碳的含量有較大關(guān)聯(lián)。研究人員認(rèn)為，電池中的Li2CO3根據(jù)鋰空氣電池中電解質(zhì)的介電性能(dielectric properties)，能夠選擇性地作為放電反應(yīng)的最終產(chǎn)物。此外，他們還驗(yàn)證了Li2CO3在鋰-氧氣/二氧化碳電池循環(huán)中能夠發(fā)生可逆反應(yīng)。

據(jù)中國(guó)有色金屬網(wǎng)6月26日?qǐng)?bào)道，相關(guān)論文已發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》上。研究者認(rèn)為，了解鋰空氣電池中CO2的化學(xué)特性以及二氧化碳在電解質(zhì)溶解時(shí)起到的作用對(duì)于鋰空氣電池的發(fā)展有重要意義。另外，基于Li2CO3來探究可充電鋰-氧氣/二氧化碳電池的可能性有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)最大限度地減少不良反應(yīng)。

鋰空氣電池的最高理論能量密度約為3500瓦時(shí)/千克，是下一代電動(dòng)車能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的良好動(dòng)力源(600405)，可使電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的形式里程。鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)基于一對(duì)夾層電極(intercalation electrode)。在充電時(shí)，鋰離子從陰極移動(dòng)至電解液然后插進(jìn)陽極;放電時(shí)，該過程逆轉(zhuǎn)。

鋰空氣電池要達(dá)到商業(yè)化階段還面臨著許多科技與工程上的難題，包括對(duì)于電池反應(yīng)機(jī)制的了解程度不夠、電解質(zhì)的化學(xué)性能不穩(wěn)定、循環(huán)壽命短、離子傳遞速率低等因素，均在很大程度上導(dǎo)致了電池過高載荷現(xiàn)象。

研究人員指出：“現(xiàn)在還不知道當(dāng)鋰空氣電池在無氧環(huán)境下測(cè)試時(shí)會(huì)發(fā)生何種情況，因?yàn)橐郧按蟛糠盅芯慷际窃谟醒醐h(huán)境下進(jìn)行測(cè)試的，并將空氣中其他成分對(duì)于電池性能的影響忽略不計(jì)。所以，證明二氧化碳對(duì)于鋰空氣電池的影響，就必須營(yíng)造出一個(gè)溫室環(huán)境，并逐個(gè)研究空氣中其他成分(氮?dú)?、氬氣、水、二氧化?對(duì)于電池性能的影響。”

假設(shè)通過防水膜可以去除水份(導(dǎo)致電解質(zhì)和陽極劣化的主要物質(zhì))，二氧化碳對(duì)于鋰空氣電池的化學(xué)特性應(yīng)該有著最顯著的影響，超過空氣中其他成份的影響力。傳統(tǒng)鋰空氣電池的陰極電壓為3伏，在周圍環(huán)境含有氬氣和氮?dú)鈺r(shí)，3伏的電壓無法激活電化學(xué)反應(yīng)，而二氧化碳由于其惰性較強(qiáng)，則可承受響應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)。

化學(xué)穩(wěn)定性的差異意味著最終產(chǎn)物L(fēng)i2O2總會(huì)通過二氧化碳被轉(zhuǎn)化成Li2CO3，而該不可逆反應(yīng)限制了鋰空氣電池的循環(huán)性能。

另外，盡管二氧化碳在空氣中的比例不高，但因?yàn)槎趸季哂懈呷芙舛?比氧氣高50倍)，因此將其應(yīng)用于電池反應(yīng)中。為了進(jìn)一步發(fā)展鋰空氣電池技術(shù)，必須將二氧化碳與Li2CO3對(duì)于鋰空氣電池性能的影響考慮在內(nèi)。

韓國(guó)高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究所(Korea Advanced Institute of Science and Technology)以及首爾國(guó)立大學(xué)(Seoul National University)研究小組研究了各種電解質(zhì)條件下，利用量子力學(xué)模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，研究鋰氧氣/二氧化碳電池的反應(yīng)機(jī)理。

他們發(fā)現(xiàn)，一種低介電的電解質(zhì)會(huì)形成Li2O2，而高介電解質(zhì)會(huì)活化二氧化碳，產(chǎn)生Li2CO3。不過意外的收獲是，他們發(fā)現(xiàn)類似二甲化硯(DMSO)之類的高電介質(zhì)可使Li2CO3產(chǎn)生可逆反應(yīng)。

研究者表示，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)非常重要，因?yàn)樵诤卸趸嫉沫h(huán)境中，鋰空氣電池中Li2CO3的形成是不可避免的，然而目前發(fā)現(xiàn)了可以促使其發(fā)生可逆反應(yīng)的物質(zhì)，可使電池的循環(huán)性能更穩(wěn)定。