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標(biāo)題: 鋰空氣電池 [打印本頁]

作者: zerowing 時間: 2015-10-31 06:01
標(biāo)題: 鋰空氣電池
本帖最后由 zerowing 于 2015-10-31 06:02 編輯

呵呵，論壇里蹲了幾年了。一直也沒什么回饋論壇的。從今天起，每周堅持更新一篇來自BBC的關(guān)于前沿科技的新聞。既是一種自我學(xué)習(xí)，也作為對論壇的一種回報吧。
PS. 文章純手工翻譯，有問題的話，還請指出。

New Lithium-air battery design shows promise

新設(shè)計展示鋰空氣電池前景

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A new design for lithium-air batteries overcomes several big hurdles that have stood in the way of this concept.

Lithium-air cells can store energy much more densely than today's lithium-ion batteries, making them particularly promising for electric cars.

The design, published in Science, uses a spongy graphene electrode and a new chemical reaction to drive the cell.

It loses much less energy and can be recharged many more times than previous attempts at lithium-air batteries.

The hope for lithium-air batteries is that they will take in regular air to fuel the chemical reaction that releases electricity: lithium ions move from the positive electrode to the negative one, where they are oxidised.

At present the engineers behind the new effort, at the University of Cambridge, have only made laboratory test units which operate in pure oxygen, rather than air.

In a first, however, the prototypes can operate when that oxygen is moist.

"What we really want is a [true] lithium-air battery - one that just takes in air, without having to remove CO2, nitrogen and water," Prof Clare Grey, the senior author on the study, told BBC News. "And now we have a system that at least tolerates a lot of water."

Despite the significant progress made by Prof Grey's team, they say a commercial lithium-air battery is at least 10 years away.

一直以來擋在鋰空氣電池領(lǐng)域發(fā)展道路上的幾大障礙，在該領(lǐng)域的新設(shè)計下得到克服。相對于現(xiàn)在的鋰離子電池，鋰空氣電池具有更高的能量存儲密度。因此，鋰空氣電池的發(fā)展對于電動汽車行業(yè)影響深遠。這項發(fā)布在科學(xué)網(wǎng)的新設(shè)計，采用海綿狀石墨烯電極技術(shù)和新的化學(xué)反應(yīng)方式以驅(qū)動電池。新技術(shù)使得這種電池相對于早前鋰空氣電池設(shè)計，能量損失大幅降低，充電循環(huán)壽命成倍提高。

鋰空氣電池的工作原理是，吸入自然空氣參與到電池內(nèi)的放電化學(xué)反應(yīng)中，即鋰離子從正極移動到負極處，由自然空氣氧化反應(yīng)。目前，在劍橋大學(xué)，使用舊技術(shù)的工程師僅在實驗室實驗中通過純氧進行氧化反應(yīng)，而非空氣。而格雷小組的首個原形機已經(jīng)能在濕潤氧氣環(huán)境下工作。

“我們真正希望得到的是真正的鋰空氣電池，一個使用不許取出二氧化碳、氮氣和水氣的自然空氣的鋰空氣電池�！痹撗芯康馁Y深學(xué)者——·克萊爾·格雷教授告訴BBC，“而我們現(xiàn)在實現(xiàn)的新系統(tǒng)中至少已經(jīng)可以大量允許水氣的存在�！�

盡管格雷教授的研究小組已經(jīng)取得目前的顯著進步，但是他們表示距離真正的商業(yè)使用至少還需要10年的研究時間。

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Their demonstration units, for example, are still rather sluggish.

"Our batteries take days to charge and discharge, when you want it to happen in minutes and seconds," Prof Grey explained.

But the design has major pluses.

'New way of thinking'

It packs in energy at a density that is almost the theoretical limit for lithium-air batteries. That energy density is what will eventually send electric cars across countries, rather than cities, on a single charge.

It also charges at a voltage of 3.0 and discharges at 2.8 volts - an efficiency of 93% - meaning it loses surprisingly little energy as heat. This is close to the efficiency of current lithium-ion batteries, and a big improvement on previous lithium-air efforts.

And crucially, these test batteries can be charged and recharged more than 2,000 times, with little effect on their function.

"We've been able to cycle our cells for months, with very little evidence of side reactions," Prof Grey said.

盡管格雷小組的理論樣機還十分簡陋，比如格雷教授的解釋：“我們目前的實驗電池仍需要幾天的充電和強制放電周期，而人們期望這個過程發(fā)生在幾分鐘之內(nèi)�！钡@已經(jīng)是巨大的成功了。

目前的設(shè)計使得這種鋰空氣電池的能量密度已經(jīng)接近理論上限。這意味著，沒充一次電，電動汽車可以穿越一個國家，而非一個城市。同時，新電池的充電電壓是3V，放電電壓是2.8V，其中，高達93%的效率意味著這款電池僅損失了令人驚訝的一點能量轉(zhuǎn)為發(fā)熱。而這個效率已經(jīng)相當(dāng)接近目前的鋰離子電池的水平，而對于早期的鋰空氣電池來說無疑是巨大的進步。

而更關(guān)鍵的是，這些側(cè)使用的樣品在經(jīng)過2000次充放電循環(huán)后，仍只微小地影響其正常工作水平。

“我們已經(jīng)對我們的電池進行充放電循環(huán)旬月有余，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)不利的影響。”格雷教授介紹道。

Part of the reason for this success is the design of the negative electrode (or cathode), which is made from a sponge-like arrangement of graphene. This so-called "wonder material" is built up from one-atom-thick sheets of carbon.

The holes in the porous cathode allow reaction products to build up, as the battery discharges, and then dissolve away again as it gets recharged.

Also critical is the chemical reaction itself. Prof Grey's team has used an additive, lithium iodide, to change the chemistry at the heart of the battery.

Instead of lithium peroxide (Li2O2), as in most other lithium-air designs, the discharging reaction produces lithium hydroxide (LiOH) at the cathode.

And that lithium hydroxide can be completely dissolved away again, when the battery is recharged and the lithium ions return to the positive electrode (anode).

這項新設(shè)計成功的一個原因在于其負極的獨特設(shè)計——呈海綿狀排列的石墨烯。這種所謂的“奇跡材料”是從一個原子厚的碳片層構(gòu)建而來。這些負極上的密集孔使得放電反應(yīng)的產(chǎn)物可以堆積于此，而當(dāng)充電反應(yīng)發(fā)生時，又將這些堆積物溶解。

& v# E ~ `/ F1 ` 同樣重要的是化學(xué)反應(yīng)本身。格雷教授的研究小組采用一種新的添加劑——碘化鋰，以改變電池核心的化學(xué)反應(yīng)。通過替代舊鋰空氣電池中使用的二氧化二鋰，放電反映產(chǎn)生的氫氧化鋰囤積在負極處。而當(dāng)發(fā)生充電反映是，所有的氫氧化鋰將被全部溶解，鋰離子重新回到正極處。

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"It's a very different chemistry; it gives a new way of thinking about it," said Prof Grey. "It's a way off being commercial, but it does provide some interesting new directions to study."

Dr Paul Shearing, a chemical engineer at University College London, said the Cambridge design was "an important step" towards taking lithium-air batteries out of the lab.

"It's very impressive work," he told the BBC.

"Lithium air batteries [have been] plagued with problems, particularly around poor cycle life. This potentially could address those problems."

If successful, Dr Shearing added, lithium-air batteries could make a huge difference because their energy density very nearly matches the energy-per-kg packed by petrol.

As Prof Grey put it: "It's the energy density that's going to make that car battery that gets [from London] to Edinburgh."

“這是一種完全不同的化學(xué)反應(yīng)；它帶給我們新的思考�！备窭捉淌谡f，“雖然離商業(yè)化還遠，但它卻提供了我們一些有趣的研究方向�！�$ d8 L% |. w `: F

倫敦大學(xué)學(xué)院的化學(xué)工程師保羅·舍靈博士指出，劍橋大學(xué)的設(shè)計對于將鋰空氣電池應(yīng)用于實際中邁出了重要的一步。

“他們干的漂亮！”保羅告訴記者，“鋰空氣電池曾經(jīng)飽受各種問題困擾，特別是其低下的循環(huán)壽命。而這個新的設(shè)計可能可以解決所有問題�！�' G8 M6 @9 Q% p

“如果成功”，舍靈博士補充道，“鋰空氣電池將會因為其能量密度幾近傳統(tǒng)的汽油能量密度（能量/公斤）而給世界帶來巨大的變化�！�

就像格雷教授說的那樣，新電池的能量密度將會讓一輛汽車從北京開到上海。（好吧，人家說的是從倫敦到愛丁堡。原諒我的意譯）

全文完。歡迎指正。

作者: 曾經(jīng)我愛你 時間: 2015-10-31 07:43
大俠辛苦，前排學(xué)習(xí)

作者: 無敵老大 時間: 2015-10-31 08:22

作者: BB7290 時間: 2015-10-31 08:55

曾經(jīng)我愛你發(fā)表于 2015-10-31 07:43
8 @8 _8 |* _5 }1 p大俠辛苦，前排學(xué)習(xí)

提示：學(xué)費=加分。

作者: 程一曦 時間: 2015-10-31 10:01
樓主的分割讓人佩服，高尚的人

作者: 沒事磨刀 時間: 2015-10-31 10:45
多謝分享，嗅嗅海風(fēng)！

作者: 小哈五 時間: 2015-10-31 10:45
bbc的工程類紀(jì)錄片金融紀(jì)錄片我感覺不錯，挺好的
有個工業(yè)革命為什么發(fā)生在英國

作者: の小南灬 時間: 2015-10-31 13:46
提示: 作者被禁止或刪除內(nèi)容自動屏蔽

作者: 機小妖 時間: 2015-10-31 16:38
很零俠學(xué)英語，哈哈

作者: negtive 時間: 2015-10-31 17:14
大俠有沒有接觸過安德魯希金斯的資料？就是那個膠合板登陸艇的

作者: 番茄西瓜 時間: 2015-10-31 21:21
不錯

作者: 羅永康 時間: 2015-11-1 12:51
嚇尿了

作者: 羅永康 時間: 2015-11-1 12:52
電池技術(shù)真是非常重要的

作者: Michael0576 時間: 2015-11-1 13:38
八爺以前提到的華為的李現(xiàn)在去做電車去了用博世輪轂電機、松下/三星的鋰電池，跟小米一樣了，下一個雷軍

作者: andyany 時間: 2015-11-2 08:21
本帖最后由 andyany 于 2015-11-2 08:27 編輯

轉(zhuǎn)——

人類發(fā)明蓄電池上百年了，也就最近把鉛蓄電池的能量密度從0.05KW/kg發(fā)展到鋰電池能量密度0.18KW/kg，也就4倍！這才開發(fā)出來能跑200公里電動汽車，但鋰電池太貴，5年就報廢�？梢娔芰棵芏鹊奶岣叩扔趯ふ业绞鸵粯优d奮！超級電容器的能量密度可高達20kW/kg.但幾十年來還是問題多多，但世博會的36輛車跑了180天。說到蓄能這世界上還發(fā)明過150氣壓的壓縮空氣罐放在車上啟動活塞開動車的，但太危險。
　　
　　汽油的能量密度很高 123    kW/kg
　　鋰電池能量密度          0.18  KW/kg
　　鉛蓄電池的能量密度    0.05  KW/kg
　　
一輛1噸的車要跑到100公里/小時，需要50KW的功率。要續(xù)航200公里，僅需要汽油0.81公斤，也就是1.2升汽油。1.2升怎么能跑200公里？是那個汽油發(fā)動機熱效率太低了，太浪費了，75%的油變廢氣跑了，僅25%的油變動力了，這動力通過機械的損耗，又要打15%的折扣所以要6升的油可以跑200公里，這是理論上可以，可是又是空氣阻力，又是路的阻力，實際上就是QQ的小排量，也要8升油。普通車要1.2-1.6噸，平均的話普遍的油耗是20升，150元。

如果是鉛蓄電池的話，按能量密度計算要，50KW的功率，要續(xù)航200公里，需要2000公斤重，按目前的價格起碼2.3萬元，1噸的車要帶2噸的電池，不可想象。如果是鋰電池的話，按能量密度計算要，50KW的功率，要續(xù)航200公里，需要560公斤重，按目前的價格起碼5-7萬元。

http://tieba.baidu.com/p/1273755093

作者: 幸會幸會 時間: 2015-11-2 10:06
本帖最后由幸會幸會于 2015-11-2 10:20 編輯

支持一下，說到電池就想到最近的一條新聞，豐田的氫動力汽車，
http://www.ftchinese.com/video/1718

作者: supchao 時間: 2015-11-2 10:43
高科技

作者: 王蒙0000 時間: 2015-11-2 14:16
菜鳥膜拜大俠

作者: 棒槌土匪 時間: 2015-11-2 15:15
鋰空氣電池還沒聽過這個可以試試

作者: zhumao6011 時間: 2015-11-3 08:10
謝謝樓主

作者: dotaman 時間: 2015-11-3 08:49
不錯不錯，很喜歡這類文章

作者: 這樣的句點， 時間: 2015-11-3 13:45
66666

作者: 441873007 時間: 2015-11-3 16:35
大俠辛苦了

作者: 輝輝在飛12138 時間: 2015-11-3 17:14
看起來好高大上的感覺

作者: hua65538 時間: 2015-11-3 20:22
學(xué)習(xí)了

作者: hc2003 時間: 2015-11-3 21:29
高科技

作者: 喬玉波 時間: 2015-11-4 09:59

作者: 越澤616 時間: 2015-11-4 20:01
樓主專業(yè)英語杠杠的

作者: kerrwang 時間: 2015-11-6 16:42
離調(diào)市場化還有很遠的路呢。。

作者: luo1542924755 時間: 2015-11-6 23:43
我就是做電池設(shè)備的，不能有空氣的的參與，要不能會短路，所謂的真空檢測，不良率還是很高的

作者: threetigher 時間: 2015-11-7 23:08
“終極電池”研究有重大進展

多年來，鋰－空氣電池被業(yè)界譽為“終極電池”，因為理論上它可使電動車續(xù)航能力接近傳統(tǒng)汽油汽車，甚至可用于電網(wǎng)儲電。英國劍橋大學(xué)研究人員２９日報告說，他們克服了困擾鋰－空氣電池的多個技術(shù)難題，把這項技術(shù)朝實用化方向推進了一大步。
這項成果發(fā)表在新一期美國《科學(xué)》雜志上，該雜志還專門為此舉行了電話記者會。

　　論文第一作者、劍橋大學(xué)的劉韜博士在接受新華社記者采訪時介紹說，近２０年來，鋰－空氣電池在全球被廣泛研究。典型情況下，這種電池使用鋰金屬作為負極材料，正極則為多孔的導(dǎo)電碳材料。放電時，從負極出發(fā)的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生一種叫過氧化鋰的固體產(chǎn)物，填充于碳電極的孔隙中。充電時，化學(xué)過程逆轉(zhuǎn)，過氧化鋰被分解釋放氧氣。該電池的蓄電能力理論上是目前市場上鋰離子電池的１０倍，但實際應(yīng)用時卻存在多個重大缺陷。

　　劉韜說，該電池的反應(yīng)產(chǎn)物過氧化鋰及反應(yīng)中間產(chǎn)物超氧化鋰都有較高的反應(yīng)活性，會分解電解液，因此幾個充放電循環(huán)后電池電量就會急劇下降，電池壽命較短；由于過氧化鋰導(dǎo)電性能差，充電時很難分解，需要很高的充電電壓，還會導(dǎo)致分解電解液及碳電極等副作用；放電時，過氧化鋰會堵塞多孔碳電極，導(dǎo)致放電提前結(jié)束；充電時，鋰金屬負極表面會以樹枝狀向正極生長，最終可能導(dǎo)致短路，存在安全隱患；鋰金屬與空氣中的水蒸氣、氮氣、二氧化碳都會發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致負極材料消耗，最終使電池失效。

　　在最新工作中，劉韜等人改用多層次的大孔石墨烯作為正極材料，利用水和碘化鋰作為電解液添加劑，最終產(chǎn)生和分解的是氫氧化鋰，而不是此前電池中的過氧化鋰。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩(wěn)定，大大降低了電池中的副反應(yīng)，提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰外，似乎還起到了保護鋰金屬負極的作用，使電池對于過量的水有一定的免疫性。沒有它，同量的水會直接使電池失效，完全無法充放電。

　　他們開發(fā)出的鋰－空氣電池模型蓄電能力約為３０００瓦時／千克，是現(xiàn)有鋰離子電池的約８倍，可循環(huán)充放電上千次，首次循環(huán)充放電效率高達９３％，即充入電池中９３％的能量在放電時都能被使用。
　　劉韜說，這一工作為加快鋰－空氣電池的發(fā)展提供了許多新思路，比如使用多層次大孔石墨烯電極和電解液添加劑來改變電池反應(yīng)產(chǎn)物、減少電池副反應(yīng)、提高蓄電能力等。但他也強調(diào)，他們只解決了鋰－空氣電池的部分難題，接下來將研究該電池的充放電速率以及鋰金屬負極的保護和安全隱患等問題。

　　他說：“這些問題都具有挑戰(zhàn)性，例如鋰金屬樹枝狀生長導(dǎo)致的安全問題，在鋰電池界已存在了多年，必須有重大創(chuàng)新才可能解決此老大難問題。我想在這些關(guān)鍵問題也被解決之前，談?wù)撲嚕諝怆姵睾螘r走向市場還為時尚早。相信我們這次發(fā)表的工作會鼓勵人們在鋰－空氣電池技術(shù)上有更多的投入�！�(新華網(wǎng))

P.S：
@zerowing 這類消息太多了，不知道這個數(shù)據(jù)靠譜否，請零俠確認。

作者: threetigher 時間: 2015-11-7 23:09
補一張圖：
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作者: luo1542924755 時間: 2015-11-9 22:41

luo1542924755 發(fā)表于 2015-11-6 23:43
' h8 x( w2 P3 Q$ Y我就是做電池設(shè)備的，不能有空氣的的參與，要不能會短路，所謂的真空檢測，不良率還是很高的

讓你誤解了，我說的是自己的工作領(lǐng)域，只是看到你這帖鋰空氣電池，我感概一下

作者: 懶蛋不懶 時間: 2015-11-10 14:22
頂！頂!

作者: 戰(zhàn)烽ZF 時間: 2015-11-26 16:43
不錯的電池設(shè)備，不斷學(xué)習(xí)，與時俱進�。。�

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