锂电池的研究概述论文

使能量密度达到现有任何电池的三倍，研究显示金属催化物在提高电池效率上起到重要作用。该校机械工程和材料科学与工程副教授YangShao-Horn表示，许多研究团队如今正致力于锂-空气电池的研究，但目前还缺乏对何种电极材料能够促进电池内部电化学反应发生的理解。Shao-Horn和其团队成员在4月1日出版的《电化学与固态快报》上报道了其研究成果，在锂-空气电池中使用金或铂金电极作为催化剂具有比单一碳电极高得多的反应活性和效率。此外，这项研究也为进一步研究寻找更佳的电极材料，如金和铂金或其他金属的合金材料或金属氧化物材料以及减少使用昂贵材料奠定基础。论文的第一作者、博士生Yi-ChunLu指出，研究团队开发了一种分析电池中不同催化剂活性的方法，现在可以基于这项研究来试验多种可能的材料，以确定控制催化剂活性的物理特性，最终能够预测催化剂的反应活动。锂-空气电池原理与锂离子电池类似，而后者目前是便携式电子产品使用的主要电源，而且在电动汽车电源的竞争中也占据了领先地位。但由于锂-空气电池使用了碳基空气电极和空气流替代锂离子电池较重的传统部件，因此电池质量更轻，这也使得包括IBM和通用汽车等大企业纷纷投身于锂-空气电池技术的开发当中。但锂-空气电池在成为可商用化产品之前还有一系列的问题需要解决，其中最大的问题是如何确保在经过了许多次的充放电过程后仍能保持其电力水平，可用在电动汽车或电子产品中。研究人员还需要详细研究充放电过程的化学问题，如产生了那些化合物，在哪里产生，以及它们之间如何相互反应等。Shao-Horn坦承，目前这方面的研究还处于初级阶段，部分企业将锂-空气电池研究视之为10年期的研发项目，但这是一个非常有前景的领域，如果能够克服许多科学和工程挑战，真正实现能量密度达到目前锂离子电池的两到三倍，将能够首先应用在便携式电子产品如笔记本电脑和手机上，降低成本后更可作为电动汽车电源。该项研究受到美国能源部的资助，MartinFamilySocietyofFellowsforSustainability和美国国家科学基金会也给予了支持。根据《日刊工业新闻》报道，日本旭化成株式会社和Central硝子株式会社两家企业正式参加美国IBMAlmaden Reseach Center正在进行的锂空气电池研究项目。按照该项目研究分工，旭化成将利用其掌握的先进膜技术，负责开发重要的有关膜部件；Central硝子负责开发新型电解液和高性能添加剂。研究小组计划到2020年实现锂空气电池的大量生产和推广应用。

美国亚利桑那大学科学家开发出一种纸基锂离子电池，能做多次对折或折成Miura-ori型（类似地图折法），由于折叠后变得更小，表面能量密度和电容可增加14倍。这种折叠纸基电池柔韧灵活，成本低，可辊轴制造，有望进一步开发为多用途的高性能电池。研究人员对电池进行了折叠实验，先简单对折，然后用更复杂的Miura-ori折叠型。简单对折一次、两次和三次后，其表面能量密度和电容分别比未折叠的平面电池提高、和倍；Miura-ori折叠型效率更高：把一张6厘米×7厘米的纸电池折成25层后，整体面积只有平方厘米，而表面能量密度和电容均增加到14倍。相对于平面电池，以Miura-ori 法折叠的电池的某些性能稍有降低，包括放电容量与电容率的降低。研究人员认为，这些损失可能是由于垂直褶皱交叉点的分层，因为这些电池中含有16个顶点。为了防止电池，研究人员在层与层之间使用了一种柔韧的绝缘薄膜：聚对二甲苯- C。这项研究成果使人们首次看到了使用折叠法增加锂离子电池单位面积能量密度和容量的潜力。随着几何折叠算法、计算机工具和机器人操作的发展，更复杂的折叠型将会开发出来大规模制造，并用于商业用途。