鋰離子電池已經(jīng)改變了便攜式電子產(chǎn)業(yè)，并且正在進(jìn)入電網(wǎng)和電動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪芰看鎯?chǔ)。今天，世界各地的研究實(shí)驗(yàn)室正在尋求開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大，更便宜，更安全，壽命更長(zhǎng)的超越鋰離子電池。

據(jù)“自然”雜志報(bào)道，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校和美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種新型的超越鋰離子電池的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過(guò)空中運(yùn)行（因此稱(chēng)為“鋰-空氣”）在許多充電和放電循環(huán)中。聯(lián)合首席研究員兼Argonne杰出研究員LarryCurtiss觀(guān)察到，該團(tuán)隊(duì)的文章吸引了大自然，因?yàn)椤捌渌嗽噲D制造在空氣中運(yùn)行的鋰-空氣電池組電池，但由于循環(huán)壽命短而失敗。”

“首次展示真正的鋰空氣電池是我們稱(chēng)之為”超越鋰離子“電池的重要一步。”-芝加哥伊利諾伊大學(xué)助理教授AminSalehi-Khojin

過(guò)去技術(shù)的問(wèn)題是，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的電池單元需要單獨(dú)供應(yīng)純氧（因此稱(chēng)為鋰-氧電池）。因此，氧氣罐必須成為電池系統(tǒng)的一部分，由于空間需求，使其不能用于電動(dòng)車(chē)輛。使用外部空氣的鋰空氣電池消除了這個(gè)問(wèn)題。

該團(tuán)隊(duì)新開(kāi)發(fā)的電池的主要特點(diǎn)是用于鋰金屬陽(yáng)極的新型保護(hù)涂層，該涂層可以防止陽(yáng)極與氧氣反應(yīng)并因此惡化，以及允許電池在空氣環(huán)境中工作的新型電解質(zhì)混合物。在空氣環(huán)境下的測(cè)試中，該電池在700次循環(huán)中保持了高性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了以前的技術(shù)。芝加哥伊利諾伊大學(xué)副校長(zhǎng)兼助理教授AminSalehi-Khojin說(shuō)：“能量?jī)?chǔ)存容量約為鋰離子電池的三倍，通過(guò)持續(xù)研究，五倍容易實(shí)現(xiàn)。首次展示真正的鋰空氣電池是向我們所稱(chēng)的超越鋰離子電池邁出的重要一步。“

該團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)科學(xué)計(jì)算研究揭示了該系統(tǒng)如何在空氣中運(yùn)行，以及哪些因素有助于提高循環(huán)穩(wěn)定性。這些新知識(shí)對(duì)于科學(xué)家繼續(xù)努力開(kāi)發(fā)全尺寸鋰空氣電池應(yīng)該是至關(guān)重要的。

芝加哥伊利諾伊大學(xué)的研究人員建立，測(cè)試，分析和表征了電池單元，而那些在阿貢的電池則主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)科學(xué)計(jì)算研究。項(xiàng)目成功的關(guān)鍵在于使用阿貢領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算機(jī)構(gòu)（ALCF）和納米材料中心（CNM）進(jìn)行高性能計(jì)算。ALCF和CNM是位于阿貢的美國(guó)能源部科學(xué)用戶(hù)設(shè)施辦公室。伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的研究資源中心同樣具有幫助。

“自然”文章將于3月22日發(fā)布，題為“鋰電池在現(xiàn)實(shí)空氣環(huán)境中具有長(zhǎng)周期壽命”。其他阿貢作者包括材料科學(xué)部門(mén)的化學(xué)家RajeevAssary;化學(xué)科學(xué)與工程部助理化學(xué)家劉聰;材料科學(xué)部助理材料科學(xué)家巴德里·納拉亞南（BadriNarayanan）和材料科學(xué)部的助理物理學(xué)家AnhNgo。

該研究部分由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，美國(guó)能源部科學(xué)辦公室和伊利諾斯州提供資助。一些研究人員得到了能源存儲(chǔ)研究聯(lián)合中心，美國(guó)能源部能源創(chuàng)新中心和電能儲(chǔ)存中心：量身定制的界面，美國(guó)能源部能源前沿研究中心的支持，兩者都得到了該部科學(xué)辦公室的支持。