鋰-氧電池或鋰空氣電池能量密度是鋰離子電子的10倍，被業(yè)界譽為“最終電池”。理論上這樣的能量密度可使電動汽車?yán)m(xù)航能力接近傳統(tǒng)汽油汽車，電動汽車只充一次電就能從倫敦駛到愛丁堡，而且鋰空氣電池的成本和重量只有現(xiàn)在市面上銷售的電動汽車所使用的鋰離子電池的1/5。

然而，和其他新一代電池相同，研發(fā)人員還要攻克鋰空氣電池開發(fā)過程中的諸多技術(shù)難關(guān)。

劍橋大學(xué)研究人員證明鋰空氣電池某些技術(shù)難關(guān)是可以攻克的，在此之前，研究人員就曾做過多次實驗嘗試，而此次開發(fā)的鋰-氧電池實驗室演示樣本具有更高容量、更高能量密度及更高穩(wěn)定性。

此次試驗品樣本重要使用由石墨烯制成的高度多孔“蓬松”碳電極，以及會改變電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的添加劑，性能更加穩(wěn)定、更加高效。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《科學(xué)》（Science）期刊上。雖然此項技術(shù)頗有前景，但研究人員慎重表示鋰-空氣電池投入實際應(yīng)用仍然要至少10年時間。

劍橋大學(xué)化學(xué)系教授ClareGrey表示：“此項技術(shù)已經(jīng)取得了重大進(jìn)步，并引發(fā)出了全新的研究領(lǐng)域--雖然我們并未解決化學(xué)當(dāng)中所有的固有問題，但是我們的研究為最終開發(fā)出商用產(chǎn)品奠定了前進(jìn)的道路。”

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我們?nèi)粘Ｋ褂玫脑S多技術(shù)都趨于更小化、更快速、更低價--而電池明顯例外。除了智能手機(jī)能夠維持?jǐn)?shù)天而無需充電以外，電池技術(shù)還阻礙了兩項重要清潔技術(shù)的廣泛應(yīng)用：電動汽車和太陽能發(fā)電并網(wǎng)存儲。

電池最基本的構(gòu)造由三部分構(gòu)成：正極、負(fù)極、電解液。

筆記本電腦及智能手機(jī)所采用的鋰離子電池，負(fù)極由石墨（碳的一種形式）構(gòu)成，正極為金屬氧化物，比如氧化鋰鈷，電解液為溶解鋰鹽的有機(jī)溶劑。電池工作原理就在于鋰離子在兩電極間的運動。雖然鋰離子電池很輕，但容量會隨時間衰減，而且能量密度相對較低，要經(jīng)常充電。

在過去十年，研究人員一直致力于開發(fā)各種鋰離子電池的替代品，而鋰-空氣電池因其能量密度極高，因此被認(rèn)為是新一代儲能技術(shù)的最終品。然而，先前嘗試的各種電池樣本效率低、性能差、會出現(xiàn)意料之外的化學(xué)反應(yīng)、且只能在純氧當(dāng)中進(jìn)行循環(huán)。

Liu、Grey研發(fā)團(tuán)隊在非水基鋰-空氣電池上采用了與之前試驗中非常不同的化學(xué)劑，使用氫氧化鋰（LiOH）取代過氧化鋰（Li2O2）。在加入水和“介質(zhì)”碘化鋰（lithiumiodide）之后，沒有再出現(xiàn)那么多會導(dǎo)致電池失效的化學(xué)反應(yīng)，使其在多次充放電循環(huán)后性能更穩(wěn)定。

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通過精確構(gòu)造電極結(jié)構(gòu)，將其改變成高度多孔的石墨烯，添加碘化鋰，并改變電解液的化學(xué)成分，研究人員能夠?qū)⒊浞烹婇g的電壓差減少至0.2V。電壓差越小意味著電池效率越高--之前研究人員只能將鋰-空氣電池的電壓差降到0.5~1.0V，而0.2V的電壓差更接近于鋰離子電池，相當(dāng)于能量效率可高達(dá)93%。

此外，該樣本只能在純氧下循環(huán)，空氣當(dāng)中含有二氧化碳、氮氣和水分等都對金屬電極有害。

Grey表示：“雖然我們?nèi)杂写罅康幕A(chǔ)性研究工作，即便目前的研究結(jié)果還處于發(fā)展階段，但我們?nèi)匀环浅Ｅd奮，此次技術(shù)突破告訴我們，這些棘手問題仍然會有很多的解決方法?！?/p>