(相关资料图)

锂空气电池，又称锂氧电池，是下一代高能蓄电设备的候选者。它们的理论储能容量是相同重量的传统锂离子电池的十倍，但它们的化学稳定性尚不足以提供可靠的解决方案。现在，由化学家 Gunther Wittstock 教授领导的德国奥尔登堡大学的一个团队参与了一项新启动的合作研究项目，该项目正在测试一种延长这些电池寿命的新概念。

该项目名为“非质子锂氧电池的替代材料和组件：非活性组件的化学和稳定性——AMaLiS 2.0”，由总部位于德国海尔布隆的 IOLITEC 离子液体技术公司领导。明斯特大学的 MEET(明斯特电化学能源技术)电池研究中心和不来梅的弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所 IFAM 也参与其中。该项目将在三年内从联邦教育和研究部获得约 110 万欧元的资金。

锂空气电池的工作方式基本上与传统电池类型相同，但在这种类型的电池中，锂离子与空气中的氧气在正极发生反应，用于发电。最大的优势是锂空气电池每公斤可以储存几乎与化石燃料一样多的能量。这意味着它们具有与当今电池相似的比能量，但重量却轻得多，这使得它们在电动汽车和固定式储能中的应用具有吸引力。“然而，在我们走到这一步之前，仍有许多技术问题需要解决，”Wittstock 强调说。这些挑战之一是缺乏在正极和负极都具有化学稳定性的电解质。

锂空气电池中空气中的氧气减少

在锂空气电池中，其中一个电极由金属锂制成，而另一个电极(称为气体扩散电极)由多孔网络和导电材料组成，空气中的氧气 (O2) 在氧化还原反应中被还原. 当电池放电时，带正电的锂离子从一个电极穿过电解质移动到气体扩散电极，在那里它们与氧气和来自外部电路的电子结合形成氧化锂。这会产生电流，可用于为电气设备提供能量。在充电过程中，锂和氧再次分离，离子和电子向相反方向移动。

为了提高锂空气电池的稳定性，项目团队旨在设计一种将正极和负极隔开的隔膜，从而允许两边使用不同的电解质。“这将显着扩大电解质的选择范围，”IOLITEC 的项目协调员 Thomas Schubert 博士说。科学家们计划测试一种每侧都有特殊涂层的隔板，以保护锂电极和气体扩散电极。

由 Wittstock 领导的 Oldenburg 团队正在使用各种方法，包括表面光谱学和扫描电化学显微镜 (SECM)，来研究隔膜和电极表面的过程。IOLITEC 正在与明斯特大学 MEET 电池研究中心的团队一起开发分离层，该团队由 Verena Küpers 领导。Küpers 解释说：“我们正在测试专门针对每种电极所带来的挑战而设计的不同涂层。”

MEET 团队还进行测试测量。在 Fraunhofer IFAM，由 Daniela Fenske 博士领导的团队正在开发一种由纳米结构碳化钛制成的新型气体扩散电极。“它将与一种特殊的膜相结合，防止二氧化碳或水蒸气等寄生空气成分进入电池，”Fenske 解释道。研究人员的最终目标是开发一个原型，证明稳定的可充电系统是可以实现的。为此，计划建造一个表面积为 25 平方厘米的扁平电池。