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钠-空气可充电电池可以与锂-空气电池相媲美

已有 14732 次阅读 2013-1-3 18:11 |个人分类:新科技|系统分类:博客资讯| 空气, 充电电池

PHYS.ORG网站201312报道了钠-空气电池提供了可以充电的优势可以与锂-空气不可充电电池比能相媲美。钠-空气可充电电池放电之后阴极上的立方NaO2粒子的扫描电子显微镜图像清晰可见,边长大约在10 μm左右。相关图片请浏览

-空气电池是一种用锂作阳极,以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。放电过程:阳极的锂释放电子后成为锂阳离子(Li+),Li+穿过电解质材料,在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li2O)或者过氧化锂(Li2O2),并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91 V

-空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上,由于氧气作为阴极反应物不受限,该电池的容量仅取决于锂电极,其比能为5.21 kWh/kg(包括氧气质量),或11.14 kWh/kg(不包括氧气)。相对与其他的金属-空气电池,锂空气电池具有更高的比能(见表1),因此备受关注。

1 几种金属-空气电池的性能比较

金属/空气电池

理论开路电压/V

理论比能
kWh/kg,含氧气)

理论比能
kWh/kg,不含氧气)

Li/O2

2.91

5.210

11.140

Na/O2

1.94

1.677

2.260

Ca/O2

3.12

2.990

4.180

Mg/O2

2.93

2.789

6.462

Zn/O2

1.65

1.090

1.350

    高能密度关键是空气部分,因为电池捕获大气中的氧气用阴极反应而不是储存自的氧化剂。然而,-空气电池通常一直是一次性电池,因为他们不能充电,大大限制他们的应用。但是,德国李比希大学(Justus-Liebig-Universität Gießen)物理化学研究所和德国卡尔斯鲁厄理工学院Karlsruher Institut für Technologie)纳米技术研究所的研究人员合作,研究发现可以用钠代替锂作为阳极,构建钠-空气电池,而且可以进行充电,同时依然保持相对较高的能量密度。此项研究成果2012122日已经在《自然材料》(Nature Materials杂志网站发表——A rechargeable room-temperature sodium superoxide (NaO2) battery


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