防水锂空气电池

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  锂金属和水会起快速、激剧的化学反应,曾被认为不适于用作电池。宝利加公司开发出一种“受保护的锂电极”从而解决了这个问题。
  
  总部设在加州柏克莱的宝利加(PolyPlus)公司正在开发一款利用周围空气充当阴极的轻量高能电池。宝利加公司跟一家制造公司搭档,为美国政府研发一次性锂金属空气电池,这种电池有望在几年之内上市出售。宝利加公司也生产可再充式锂金属空气电池,现在只是产品的研发初期,用这种电池供电,最终可延长电动车辆两次充电之间的时间。
  最近几年,从插电式混合动力车到手提电脑,随着这些装置对轻型电源需求的增长,人们对锂金属空气电池的兴趣正在提高。锂离子电池中的阴阳电极是由石墨材料制成的,而锂金属空气电池则阳极完全由锂金属制成、阴极借助周围空气即可。
  锂金属空气电池无需那些获得高密能量装置所要求的探索,就接近了燃料电池的能量密度。从理论上来说,最大极限的能量密度高于每公里5000瓦时,或高出目前锂电池能量密度的十倍。由于不用负载阴极所需的反应物,锂金属空气电池也相当轻。锂金属是“神圣的电池原料”,宝利加公司首席技术长及创立者史蒂文·维斯科(Steven Visco)如是说。
  IBM公司最近宣布,将为能量及运输网研发锂金属空气电池。“锂离子非常完美,但锂金属可以赢过它”,设在加州希玛市(Sylmar,CA)的夸联(Quallion)电池制造公司总裁保罗·比奇(Patti Beach)称。
  然而,使用锂金属作电池电极已被证明是存在问题的,这主要是因为锂金属和水会起快速、激剧的化学反应。“人们惦记锂空气电池有几十年了,但是空气中总有水存在啊”,维斯科说。甚至只是暴露于微量的水中,原料也迅速降解。
  宝利加公司已经开发出一种他们称之为
  “受保护的锂电极”的产品,从而解决了这个问题。这种装置由一个长方形的锂金属平板条组成,外边用一种叫做“lisicon”的陶瓷电解质材料贴面覆盖。该固体电解质不渗透于水,但能让锂离子穿过。另外一个涂层防止了电解质与锂金属起反应。并且最后,这一装置以一种类似于土豆片包装袋的铝聚合物叠层封边。这种叠层提供了不漏水封膜,而且柔韧易弯曲,所以,当电极使用而收缩时不会造成张力。
  当把锂金属电极置于水中,锂离子泄出,跟溶于水中的氧或水本身发生作用。制造锂金属空气电池的设备,装有气体扩散电极,这跟用于制造助听器用的锌金属空气电池的电极相像。而跟助昕器用电池所不同的是,随着时间的过去,这些锂金属空气电池不会自我放电。“你可以把锂金属空气电池搁在架子上几个月,因为有薄膜保护,所以电池当然会正常好使的”,维斯科解释道。而由于以高能锂金属为本,这些电池的使用寿命也更长,并且比锌空气电池也要轻得多。
  宝利加公司眼下正与加州蒙特里海湾水族馆研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute)协力合作,测试锂金属海水电池,以确定电池能承受得起的实际使用条件。虽然初步试验提供了好结果,但还有一个顾虑是,海洋微生物会在电池表面生长从而削弱电池的运作。
  宝利加公司制造的一次性电池,使用了大约两厘米见方、三毫米厚的锂金属片。这种一次性电池容量接近目前手提电脑中锂离子电池的存储容量,而重量却只有锂离子电池的五分之一。宝利加公司已经跟夸联电池制造公司搭档,以宝利加的电极设计为基础,将按合同为一个未公开的政府机构生产该款电池。夸联公司称,加工锂金属电极,可利用已有的、制造锂离子电池的许多基础设施。“需要某些预防措施来处理材料,但没什么特别的花招”,比奇说道。
  蒙特里海湾水族馆研究所首席技术专家姆斯·贝林厄姆(James Bellingham)表示,对于水下的应用,锂金属电池拥有一种“变革”的潜力。正如贝林厄姆指出的那样,大多数海洋研究都发生在靠近海岸的地方,因为“海洋里没有电插头”,给装满探测件的自控海洋监测航海器充电。贝林厄姆说,更高能量密度的电池,可以使得对地球气候变化结果的监测变好很多。
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