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2018年10月22日 | 锂空气电池研究获重大突破，库伦效率接近100%
2018-10-22
近年不少科学家致力研究新电池种类，期望能使用更少能源就能缔造更高电量外，也希望带来更长的电池续航力。近来科技界热谈的锂空气电池（Lithium-air battery），因其备有超高理论能量密度、轻巧重量的特质，被不少科学家看好，能成为日后重要电池类型，惟现阶后还是开发当中，推出未有期。
不过近日锂空气电池取得突破性发展，加拿大知名学府滑铁卢大学（University of Waterloo）科研团队解决了锂空气电池两大最具挑战的问题，不只首度实现四电子转换，也让锂空气电池储能增加 50%。
锂空气电池阳极（负极）采用金属锂，阴极（正极）材料则是空气中重量几乎可不计的氧。而锂离子电池的阳极通常为石墨，阴极为锂化合物，为了让锂离子在移动时可以安稳嵌入阴极，需要打造一个更大更重的结构去“收纳”锂离子，也因此电池容量有限，让锂离子电池的能量密度一直过不去门坎。
但锂空气电池的理论能量密度却能远远超过其他电池，比现有锂离子电池高 5～10 倍，接近汽油的能量密度，也就是说，如果锂空气电池有一天成功商业化，电动车将拥有媲美汽油车的续航里程。
有科学家也将锂空气电池称为锂氧电池（lithium-oxygen battery），与锂硫电池（Lithium sulfur battery）并列新兴应用的首选高能可充电电池，一篇发表于 2017 年英国化学学会《再生能源与燃料》期刊的论文表示，锂硫电池已被引入能量储存市场，而锂氧电池的实用原型已开发出来，两种电池都在迅速发展当中。
但是锂空气电池有两大严重缺点，第一个是电化学过程中形成的中间体（intermediate）：超氧化锂（LiO2）和过氧化锂（Li2O2）会从内部降解电池；第二个是超氧化物在该过程中会消耗有机电解质，极大限制了电池循环周期寿命。
滑铁卢大学化学系教授 Linda Nazar 团队因此决定将有机电解质换成更稳定的无机熔盐，多孔碳阴极则换成二功能金属氧化物触媒，接着在 150℃ 环境下实验，发现中间体改形成较稳定的氧化锂（Li 2 O）而不是过氧化锂，这使得电池高度可逆，库伦效率（Coulombic Efficiency）接近 100%。此外，电池能保持优异充电特性，实现四电子转移，进而可以多储存 50% 能量。
但这款锂空气电池在实际应用前还有很长一段路要走，因为我们必须在电动车中将电池加热到 150℃ 它才能工作，麻省理工学院能源材料研究员 Yang Shao-Horn 在同期期刊评论中指出，这款锂空气电池也许可以作为飞机、潜艇的紧凑型动力源。
新研究发表在《科学》期刊。
史海拾趣
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