西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心謝科予團隊研制出同等體量續(xù)航能力提升近7倍且材料更加環(huán)保的鋰—二氧化碳電池。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進材料》《先進能源材料》。

據(jù)謝科予介紹，與目前已經(jīng)大量商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池相比，鋰—二氧化碳電池最大的優(yōu)勢就是具有更高的能量密度。實驗數(shù)據(jù)顯示，其容量比是鋰電池的7倍多，假設(shè)現(xiàn)在使用的手機電池可以續(xù)航3天，未來使用同等重量、同等體積的鋰—二氧化碳電池或許可以使用21天甚至更久。此外，鋰—二氧化碳電池利用二氧化碳氣體提供電能，在整個能量轉(zhuǎn)換過程中，比傳統(tǒng)的鋰電池更加綠色環(huán)保。在一些二氧化碳濃度高的特定環(huán)境中，比如火星表面、深地深海等極端環(huán)境等，使用鋰—二氧化碳電池進行探索，可以“就地取材”。

在材料方面，謝科予團隊和新加坡國立大學(xué)教授Loh Kian Ping 合作，共同設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的共價有機框架，他們首次將其作為氣體電池擴散層引入鋰—二氧化碳電池中，有效提高了電池的充放電循環(huán)效率，并極大地緩解了電池充放電過程中傳質(zhì)速度慢等問題。

“后續(xù)我們可能會圍繞鋰金屬負極方面做一些保護，更好地提高電池循環(huán)效率。”團隊成員周麗嬌說。除此以外，團隊未來還試圖用固體聚合物替代現(xiàn)有的電解液，為鋰—二氧化碳電池提供更多應(yīng)用場景。

在新型儲能體系，可充電鋰二氧化碳電池被稱為“可呼吸電池2.0”，鋰二氧化碳電池具有巨大的發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用價值，作為金屬氣體電池家族之一，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池相比都是全新的。

與目前已經(jīng)大量商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池相比，鋰二氧化碳電池最大的優(yōu)勢就是具有更高的能量密度。實驗數(shù)據(jù)顯示，鋰二氧化碳電池容量比是鋰電池的7倍多，假設(shè)我們現(xiàn)在使用的手機電池可以續(xù)航3天，未來使用同等重量同等體積的鋰-二氧化碳電池或許可以使用21天甚至更久。

另一個優(yōu)勢就是利用二氧化碳氣體提供電能，可謂是變“廢”為寶。同時在整個能量轉(zhuǎn)換過程中，比傳統(tǒng)的鋰電池更加綠色環(huán)保。

鋰二氧化碳是已知具有潛力性能和能量密度的幾種電池技術(shù)之一，其能量密度可以是當今鋰離子電池的7倍，但事實證明，通過重復(fù)循環(huán)來保持其穩(wěn)定性是有問題的。

目前這種電池僅僅處于一個概念驗證的狀態(tài)，研究人員表示商用鋰—二氧化碳電池的實現(xiàn)還需要幾年的時間。與此同時，還需要解決其他幾個問題，例如充電重復(fù)次數(shù)，目前，電池只能運行大約10個充電周期。

可充式鋰二氧化碳電池可以將二氧化碳利用和可再生能源的輸送/儲存相結(jié)合，被認為是下一代二次電池的有前途的候選者。從鉛酸電池到鋰離子電池，科學(xué)技術(shù)的飛躍式發(fā)展為許多行業(yè)帶來深刻變革。鋰-二氧化碳電池的關(guān)鍵材料與作用機制都與傳統(tǒng)不同，其顛覆性技術(shù)也必將為未來帶來無限可能。

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