又有新进展！日本让锂空气电池寿命翻倍 中科院实现1400小时长循环

锂空气电池是一种将空气中氧气作为正极反应物的电池，由于其容量仅取决于锂电极，理论上比能相较于传统电池与其他金属－空气电池更高，是一种极具吸引力的技术方案。

锂空气电池原理 图源：网络

各国相继开展研究锂空气电池，其中日本与我国在相关领域进展很快。

在今年1月30日，日本国立材料研究所与软银公司成功研发出厚度仅为6μm的固体电解质膜，利用其轻便与柔韧特性，将膜安装在阳极中，可以有效抑制金属锂负极退化的问题。

这次研究将锂空气电池寿命大幅延长，全新固体电解质膜引入还保证了高能量密度与轻量化的统一。再结合2021年12月15日成功试制创纪录的500Wh/Kg锂空气电池的新闻，让人觉得日本在这场竞赛中已经领先于我国。

但事实并非如此。

在去年11月，我国中科院上海硅酸盐研究所通过层级保护的方式，解决锂负极被粉化的问题，相关研究成果已经发布在国际研究期刊上。

研究人员发现，金属锂负极在半开放体系下，容易与环境中的水发生剧烈反应，让锂金属负极转变成氢氧化锂的副产物，导致电池失效，同时还会生成氢，导致电池爆炸。此外，半开放的电池体系也会导致有机电解液的挥发泄露，加速电池失效。

这让锂空气电池最大的优势反而成为致命伤，导致其无法走出实验室成为可行性产品。

针对这种情况，中科院的研究团队利用具有疏水性的八甲基环四硅氧烷来处理正极孔。由于其是非极性的中心对称结构，团队将八甲基环四硅氧烷滴在已经组装到位的正极孔上。

保护层形成机理与原位扫描电子显微镜下保护层界面

利用相似相溶原理，让非极性的氧气通过八甲基环四硅氧烷进入到电池内部，进行反应产生电能。而空气中的水则被隔离。

研究团队将八甲基环四硅氧烷与六甲基二硅氧烷混合制成的溶液对金属锂负极进行处理，四甲基环四硅氧烷中Si-H键能够在负极表面附着，还可以利用四甲基环四硅氧烷进一步提高疏水性，配合六甲基二硅氧烷，可以控制保护层厚度。

有无保护层锂空气电池对比以及点亮LED灯试验

通过这种正极-负极层级保护设计，中科院上海研究团队成功让锂空气电池在相对湿度60%环境下循环1400小时。为了验证技术的实用性，采用层级保护的锂空气电池连续点亮一串LED灯超过100小时。

中科院的设计让锂空气电池从实验室走向实用，可以让未来搭载这种电池的新能源汽车在低纬度与沿海等高湿区域可以正常使用。

相信通过科研人员的努力，锂空气电池离实际装车会越来越近。