锂-空气电池的优势与缺陷有哪些？
来源：宝鄂实业
2019-08-16 22:32
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锂-空气电池应用到汽车领域的理念，早于1970年就被提出，但受当时材料技术发展所限，一直未能深入研究，至今也尚未实现商业化应用。随着电动汽车产业的发展以及材料科学技术的提升，锂-空气电池也开始备受关注，原因之一是其理论比能量很高。对锂和氧(空气中)进行配比，理论上可以使电化学电池具有最高的能量。事实上，非水体系锂空气电池的理论能量约12kWh/Kg，这相当于汽油的理论能量（13kWh/Kg），远远高出锌空气电池、锂离子电池、锂硫电池等（如图3所示）。而实践中，每块锂-空气电池的特定能量也达到了1.7kWh/kg，这比一块商业锂离子电池要大5倍，足以运行一辆2吨的全电动汽车(FEV)，只需使用60公斤的电池就可以行驶500公里。
锂-空气电池的另一个重大优势就是正极的活性物质氧气是直接来源于周围空气，因而是取之不尽用之不竭的，并且不需要储存在电池内部，这样既降低了成本又减轻了电池的重量，电池的能量密度完全取决于金属锂一侧。而在电池的充放电全过程中，不会产生对环境有害的物质，完全是零污染的绿色过程。
然而，细心的读者应该注意到了，在所谓的“(金属)锂-空气(氧气)电池”的工作环境下，实际起到功能作用的是空气中的氧气。因此，并非如名字般美好，锂-空气电池对工作环境还是有一定的要求。因此锂-空气电池还有很多问题没有得到解决：大气中H2O、CO2的影响所产生的副反应，放电生成物析出导致空气回路的堵塞，大的充放电过电压导致的催化剂问题，以及空气电极炭集流体的腐蚀等。更有研究表明大气中的氮气也不甘寂寞的参与进此反应。
同时，Li2O2析出反应的抑制直接关系到电池的放电容量，关于Li2O2析出的另一个问题是充电时过电压较大，这不仅关系到能量的转换效率，还会引起Li2O2析出载体炭的氧化等新问题。
锂离子与氧气共存的条件下，碳材料的电位升高，生成碳酸锂，过高的电压有可能导致电解液分解，因此对空气电极有各种讨论。普遍认为，锂-空气电池正极的结构、组成和空气催化剂的催化活性对电池比容量与循环性能有重要的影响，如Bruce等研究小组报道α-MnO2的纳米线与碳进行复合，具有高的可逆性。
