鋰空氣電池催化劑新發(fā)現(xiàn)

可提供許多能量的輕型電池對(duì)各種應(yīng)用都非常重要。例如，提高電動(dòng)車的續(xù)航里程。正因?yàn)槿绱?，即便是電池能量密度有較小的提高也是一個(gè)很大的進(jìn)步。日前，麻省理工學(xué)院的一組研究人員在電池技術(shù)上作出了很大的進(jìn)步，它可將現(xiàn)有的任何電池的能量密度提高三倍。

麻省理工學(xué)院的副教授Yang Shao-Horn說現(xiàn)在很多研究小組都在從事鋰空氣電池的研究，因?yàn)檫@項(xiàng)電池技術(shù)在能量密度上具有很大的優(yōu)勢(shì)。但是哪種極板材料可以提高鋰空氣電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)？大家還不是特別理解。

鋰氧電池（也就是鋰空氣電池）在原理上與鋰離子電池類似。后者現(xiàn)在是便攜式電子設(shè)備的主流電源，也是電動(dòng)車電源的有力競(jìng)爭(zhēng)者。但是由于鋰空氣電池使用了輕質(zhì)、多孔的碳電極和從空氣中提取的氧來參與反應(yīng)，替代了鋰離子電池中使用的較重的固體化合物，所以鋰空氣電池比較輕。這也是諸多一流公司，如IBM和GM致力于研究鋰空氣電池的主要原因。

近日，Shao-Horn副教授及其學(xué)生，連同Hubert Gasteiger教授共同在《Electrochemical and Solid-State Letters》上發(fā)表了論文。論文中指出使用了金及鉑金作催化劑的電極具有更高的活性，因而也比單純采用碳電極的電池具有更高的效率。另外，本次研究的新成果也為研究更好的電極材料或許是金和鉑金的合金或其他金屬的合金或金屬氧化物和不太貴重的金屬的替代品打好了基層。

論文第一作者，博士生Yi-Chun Lu在文中說本小組開發(fā)了一種能分析不同電池中催化劑活性方法，現(xiàn)在他們可以在本研究的基礎(chǔ)上研究各種可能的材料。她說：“我們研究不同的材料，看他們的趨勢(shì)。該研究可以讓我們區(qū)分主導(dǎo)催化劑活性的物理參數(shù)。最終，能讓我們預(yù)見催化劑的性質(zhì)?！?/p>

開發(fā)一種可商業(yè)化的電池系統(tǒng)的一個(gè)問題是安全性。鋰空氣電池中使用的金屬鋰即使在少量的水中都具有很高的活性。這在目前的鋰離子電池中已不是問題，因?yàn)殇囯x子電池使用的是碳基材料作負(fù)極。Shao-Horn說同樣的電池原理卻可以不使用金屬鋰；而可以使用石墨或其他更穩(wěn)定的負(fù)極材料，這樣就提高了電池的安全性。

在鋰空氣電池商業(yè)化之前必須解決很多個(gè)問題，其中一個(gè)最大的問題就是開發(fā)一種經(jīng)過多次充放電循環(huán)仍然保持能量的系統(tǒng)，這在汽車或電子設(shè)備中非常重要。

研究人員還必須深入了解充放電過程的化學(xué)反應(yīng)，弄明白在這一反應(yīng)中什么物質(zhì)產(chǎn)生了，產(chǎn)生在哪里，在該系統(tǒng)中他們是如何與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的。Shao-Horn說：“關(guān)于這種反應(yīng)是如何發(fā)生的，我們目前還處于理解的初級(jí)階段?！?/p>

GM研發(fā)中心的研究員Gholam-Abbas Nazri稱本研究是“有趣和重要的”。它解決了技術(shù)開發(fā)過程中的重要瓶頸：發(fā)現(xiàn)有效的催化劑的必要性。該工作在理解催化劑的角色方面具有正面意義，對(duì)進(jìn)一步理解和開發(fā)鋰空氣電池具有重要意義。

一些從事鋰空氣電池研究的公司稱鋰空氣電池10年后即可商業(yè)化，而Shao-Horn說現(xiàn)在還很難講它什么時(shí)候能商業(yè)化。她說：“這是一個(gè)非常有前景的領(lǐng)域，但是目前還有很多科學(xué)和工程上的挑戰(zhàn)需要克服。如果鋰空氣電池確實(shí)能顯現(xiàn)出比現(xiàn)有的鋰離子電池高2～3倍的能量密度，那么它最早實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域是便攜式電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)和移動(dòng)電話這些相對(duì)價(jià)值較高的產(chǎn)品上，之后當(dāng)成本下降后才有可能用于汽車。

豐田采用NCA類鋰離子充電電池 用于“普銳斯插電式混合動(dòng)力車”

豐田在“AABC 2010”上發(fā)表了題為“插電式混合動(dòng)力車的發(fā)展”的演講，介紹了該公司用于“普銳斯插電式混合動(dòng)力車”鋰離子充電單體的詳情。該電池單體為5 Ah方形單體，電壓為3.6 V。單位質(zhì)量的比能量為73Wh/kg，單位體積的能量密度為103Wh/L。質(zhì)量為245 g。外形尺寸為110mm×14mm×112mm。

正極材料為 Li（Ni-Al-Co）O2，即NCA類，負(fù)極材料為碳類。雖未公開詳情，但據(jù)稱正極集電體——鋁箔上設(shè)有涂層，在其上涂有NCA類電極材料。隔膜則采用了由PP和PE構(gòu)成的產(chǎn)品。

為了提高安全性，在負(fù)極上形成了耐熱性較高的陶瓷層“HRL：Heat Resistance Layer”。該技術(shù)此前已由松下在圓筒形電池單體上實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。此外，還采用了PTC元件以防止過充電的發(fā)生。

豐田表示，由于優(yōu)化了電極材料的涂布方法等，即使行駛20萬英里（約32萬km）以上，電池單體的內(nèi)部電阻也幾乎沒有增加。

韓國(guó)新式電池可用尿液充電

美國(guó)《大眾科技》雜志報(bào)道，韓國(guó)科學(xué)家日前研發(fā)出一種可用鹽水、甚至是尿液充電的電池Met alCell，有助士兵在資源缺乏的戰(zhàn)場(chǎng)為電子工具充電。文章稱，Met alCell是根據(jù)2000年前的古代技術(shù)發(fā)展而成，電池內(nèi)裝有鎂片，當(dāng)放入鹽水后，鹽水中的鈉就會(huì)跟鎂片產(chǎn)生化學(xué)作用，從而產(chǎn)生低壓電力。士兵若在偏遠(yuǎn)地區(qū)執(zhí)勤或作戰(zhàn)，又或欠缺支持，可利用野戰(zhàn)口糧中的鹽，來為Met alCell制作鹽水，為訊號(hào)燈、夜視鏡等充電。文章更稱，電力足夠手提電腦使用超過四小時(shí)，假如連鹽水都沒有，可用尿液代替。

通用汽車在夏威夷實(shí)施加氫站建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目

2010年5月11日，通用汽車公司（GM）與夏威夷天然氣公司（TGC）共同宣布，通過在夏威夷主島——瓦胡島上建設(shè)氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施，來促進(jìn)燃料電池車的使用。

這一項(xiàng)目計(jì)劃建設(shè)20至25座加氫站，屆時(shí)，島上駕駛?cè)剂想姵剀嚨乃緳C(jī)距最近的加氫站僅十分鐘路程。

在目前TGC生產(chǎn)的合成天然氣中，氫氣含量超過5%。TGC計(jì)劃在其1000英里長(zhǎng)的輸氣管線中，選擇合適地點(diǎn)，實(shí)施氫氣分離，為當(dāng)?shù)氐娜剂想姵剀囂峁淙剂涎a(bǔ)給服務(wù)。

通用汽車全球燃料電池業(yè)務(wù)執(zhí)行董事，Charles Freese表示：“由于夏威夷獨(dú)特的地理位置，使得它對(duì)進(jìn)口石油的依賴超過90%。該州希望通過可再生能源的利用使這一比例降低至70%，因此對(duì)氫能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)一直持積極態(tài)度。未來，這些設(shè)施可支持?jǐn)?shù)以萬計(jì)的氫燃料電池車上路?！?/p>