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标题: 锂空气电池 [打印本页]

作者: zerowing 时间: 2015-10-31 06:01
标题: 锂空气电池
本帖最后由 zerowing 于 2015-10-31 06:02 编辑

呵呵，必威APP精装版下载里蹲了几年了。一直也没什么回馈必威APP精装版下载的。从今天起，每周坚持更新一篇来自BBC的关于前沿科技的新闻。既是一种自我学习，也作为对必威APP精装版下载的一种回报吧。
PS. 文章纯手工翻译，有问题的话，还请指出。

New Lithium-air battery design shows promise

新设计展示锂空气电池前景

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A new design for lithium-air batteries overcomes several big hurdles that have stood in the way of this concept.

Lithium-air cells can store energy much more densely than today's lithium-ion batteries, making them particularly promising for electric cars.

The design, published in Science, uses a spongy graphene electrode and a new chemical reaction to drive the cell.

It loses much less energy and can be recharged many more times than previous attempts at lithium-air batteries.

The hope for lithium-air batteries is that they will take in regular air to fuel the chemical reaction that releases electricity: lithium ions move from the positive electrode to the negative one, where they are oxidised.

At present the engineers behind the new effort, at the University of Cambridge, have only made laboratory test units which operate in pure oxygen, rather than air.

In a first, however, the prototypes can operate when that oxygen is moist.

"What we really want is a [true] lithium-air battery - one that just takes in air, without having to remove CO2, nitrogen and water," Prof Clare Grey, the senior author on the study, told BBC News. "And now we have a system that at least tolerates a lot of water."

Despite the significant progress made by Prof Grey's team, they say a commercial lithium-air battery is at least 10 years away.

一直以来挡在锂空气电池领域发展道路上的几大障碍，在该领域的新设计下得到克服。相对于现在的锂离子电池，锂空气电池具有更高的能量存储密度。因此，锂空气电池的发展对于电动汽车行业影响深远。这项发布在科学网的新设计，采用海绵状石墨烯电极技术和新的化学反应方式以驱动电池。新技术使得这种电池相对于早前锂空气电池设计，能量损失大幅降低，充电循环寿命成倍提高。

锂空气电池的工作原理是，吸入自然空气参与到电池内的放电化学反应中，即锂离子从正极移动到负极处，由自然空气氧化反应。目前，在剑桥大学，使用旧技术的工程师仅在实验室实验中通过纯氧进行氧化反应，而非空气。而格雷小组的首个原形机已经能在湿润氧气环境下工作。

“我们真正希望得到的是真正的锂空气电池，一个使用不许取出二氧化碳、氮气和水气的自然空气的锂空气电池。”该研究的资深学者——·克莱尔·格雷教授告诉BBC，“而我们现在实现的新系统中至少已经可以大量允许水气的存在。”

尽管格雷教授的研究小组已经取得目前的显著进步，但是他们表示距离真正的商业使用至少还需要10年的研究时间。

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Their demonstration units, for example, are still rather sluggish.

"Our batteries take days to charge and discharge, when you want it to happen in minutes and seconds," Prof Grey explained.

But the design has major pluses.

'New way of thinking'

It packs in energy at a density that is almost the theoretical limit for lithium-air batteries. That energy density is what will eventually send electric cars across countries, rather than cities, on a single charge.

It also charges at a voltage of 3.0 and discharges at 2.8 volts - an efficiency of 93% - meaning it loses surprisingly little energy as heat. This is close to the efficiency of current lithium-ion batteries, and a big improvement on previous lithium-air efforts.

And crucially, these test batteries can be charged and recharged more than 2,000 times, with little effect on their function.

"We've been able to cycle our cells for months, with very little evidence of side reactions," Prof Grey said.

尽管格雷小组的理论样机还十分简陋，比如格雷教授的解释：“我们目前的实验电池仍需要几天的充电和强制放电周期，而人们期望这个过程发生在几分钟之内。”但这已经是巨大的成功了。

目前的设计使得这种锂空气电池的能量密度已经接近理论上限。这意味着，没充一次电，电动汽车可以穿越一个国家，而非一个城市。同时，新电池的充电电压是3V，放电电压是2.8V，其中，高达93%的效率意味着这款电池仅损失了令人惊讶的一点能量转为发热。而这个效率已经相当接近目前的锂离子电池的水平，而对于早期的锂空气电池来说无疑是巨大的进步。

而更关键的是，这些侧使用的样品在经过2000次充放电循环后，仍只微小地影响其正常工作水平。

“我们已经对我们的电池进行充放电循环旬月有余，几乎没有发现不利的影响。”格雷教授介绍道。

Part of the reason for this success is the design of the negative electrode (or cathode), which is made from a sponge-like arrangement of graphene. This so-called "wonder material" is built up from one-atom-thick sheets of carbon.

The holes in the porous cathode allow reaction products to build up, as the battery discharges, and then dissolve away again as it gets recharged.

Also critical is the chemical reaction itself. Prof Grey's team has used an additive, lithium iodide, to change the chemistry at the heart of the battery.

Instead of lithium peroxide (Li2O2), as in most other lithium-air designs, the discharging reaction produces lithium hydroxide (LiOH) at the cathode.

And that lithium hydroxide can be completely dissolved away again, when the battery is recharged and the lithium ions return to the positive electrode (anode).

这项新设计成功的一个原因在于其负极的独特设计——呈海绵状排列的石墨烯。这种所谓的“奇迹材料”是从一个原子厚的碳片层构建而来。这些负极上的密集孔使得放电反应的产物可以堆积于此，而当充电反应发生时，又将这些堆积物溶解。
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同样重要的是化学反应本身。格雷教授的研究小组采用一种新的添加剂——碘化锂，以改变电池核心的化学反应。通过替代旧锂空气电池中使用的二氧化二锂，放电反映产生的氢氧化锂囤积在负极处。而当发生充电反映是，所有的氢氧化锂将被全部溶解，锂离子重新回到正极处。

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"It's a very different chemistry; it gives a new way of thinking about it," said Prof Grey. "It's a way off being commercial, but it does provide some interesting new directions to study."

Dr Paul Shearing, a chemical engineer at University College London, said the Cambridge design was "an important step" towards taking lithium-air batteries out of the lab.

"It's very impressive work," he told the BBC.

"Lithium air batteries [have been] plagued with problems, particularly around poor cycle life. This potentially could address those problems."

If successful, Dr Shearing added, lithium-air batteries could make a huge difference because their energy density very nearly matches the energy-per-kg packed by petrol.

As Prof Grey put it: "It's the energy density that's going to make that car battery that gets [from London] to Edinburgh."

“这是一种完全不同的化学反应；它带给我们新的思考。”格雷教授说，“虽然离商业化还远，但它却提供了我们一些有趣的研究方向。”1 n; i q: \4 I( E( f

伦敦大学学院的化学工程师保罗·舍灵博士指出，剑桥大学的设计对于将锂空气电池应用于实际中迈出了重要的一步。

“他们干的漂亮！”保罗告诉记者，“锂空气电池曾经饱受各种问题困扰，特别是其低下的循环寿命。而这个新的设计可能可以解决所有问题。”
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“如果成功”，舍灵博士补充道，“锂空气电池将会因为其能量密度几近传统的汽油能量密度（能量/公斤）而给世界带来巨大的变化。”

就像格雷教授说的那样，新电池的能量密度将会让一辆汽车从北京开到上海。（好吧，人家说的是从伦敦到爱丁堡。原谅我的意译）

全文完。欢迎指正。

作者: 曾经我爱你 时间: 2015-10-31 07:43
大侠辛苦，前排学习

作者: 无敌老大 时间: 2015-10-31 08:22

作者: BB7290 时间: 2015-10-31 08:55

曾经我爱你发表于 2015-10-31 07:43
8 f2 C- a8 K h大侠辛苦，前排学习

提示：学费=加分。

作者: 程一曦 时间: 2015-10-31 10:01
楼主的分割让人佩服，高尚的人

作者: 没事磨刀 时间: 2015-10-31 10:45
多谢分享，嗅嗅海风！

作者: 小哈五 时间: 2015-10-31 10:45
bbc的工程类纪录片金融纪录片我感觉不错，挺好的
有个工业革命为什么发生在英国

作者: の小南灬 时间: 2015-10-31 13:46
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: 机小妖 时间: 2015-10-31 16:38
很零侠学英语，哈哈

作者: negtive 时间: 2015-10-31 17:14
大侠有没有接触过安德鲁希金斯的资料？就是那个胶合板登陆艇的

作者: 番茄西瓜 时间: 2015-10-31 21:21
不错

作者: 罗永康 时间: 2015-11-1 12:51
吓尿了

作者: 罗永康 时间: 2015-11-1 12:52
电池技术真是非常重要的

作者: Michael0576 时间: 2015-11-1 13:38
八爷以前提到的华为的李现在去做电车去了用博世轮毂电机、松下/三星的锂电池，跟小米一样了，下一个雷军

作者: andyany 时间: 2015-11-2 08:21
本帖最后由 andyany 于 2015-11-2 08:27 编辑

转——

人类发明蓄电池上百年了，也就最近把铅蓄电池的能量密度从0.05KW/kg发展到锂电池能量密度0.18KW/kg，也就4倍！这才开发出来能跑200公里电动汽车，但锂电池太贵，5年就报废。可见能量密度的提高等于寻找到石油一样兴奋！超级电容器的能量密度可高达20kW/kg.但几十年来还是问题多多，但世博会的36辆车跑了180天。说到蓄能这世界上还发明过150气压的压缩空气罐放在车上启动活塞开动车的，但太危险。
　　
　　汽油的能量密度很高 123    kW/kg
　　锂电池能量密度          0.18  KW/kg
　　铅蓄电池的能量密度    0.05  KW/kg
　　
一辆1吨的车要跑到100公里/小时，需要50KW的功率。要续航200公里，仅需要汽油0.81公斤，也就是1.2升汽油。1.2升怎么能跑200公里？是那个汽油发动机热效率太低了，太浪费了，75%的油变废气跑了，仅25%的油变动力了，这动力通过机械的损耗，又要打15%的折扣所以要6升的油可以跑200公里，这是理论上可以，可是又是空气阻力，又是路的阻力，实际上就是QQ的小排量，也要8升油。普通车要1.2-1.6吨，平均的话普遍的油耗是20升，150元。

如果是铅蓄电池的话，按能量密度计算要，50KW的功率，要续航200公里，需要2000公斤重，按目前的价格起码2.3万元，1吨的车要带2吨的电池，不可想象。如果是锂电池的话，按能量密度计算要，50KW的功率，要续航200公里，需要560公斤重，按目前的价格起码5-7万元。

http://tieba.baidu.com/p/1273755093

作者: 幸会幸会 时间: 2015-11-2 10:06
本帖最后由幸会幸会于 2015-11-2 10:20 编辑

支持一下，说到电池就想到最近的一条新闻，丰田的氢动力汽车，
http://www.ftchinese.com/video/1718

作者: supchao 时间: 2015-11-2 10:43
高科技

作者: 王蒙0000 时间: 2015-11-2 14:16
菜鸟膜拜大侠

作者: 棒槌土匪 时间: 2015-11-2 15:15
锂空气电池还没听过这个可以试试

作者: zhumao6011 时间: 2015-11-3 08:10
谢谢楼主

作者: dotaman 时间: 2015-11-3 08:49
不错不错，很喜欢这类文章

作者: 这样的句点， 时间: 2015-11-3 13:45
66666

作者: 441873007 时间: 2015-11-3 16:35
大侠辛苦了

作者: 辉辉在飞12138 时间: 2015-11-3 17:14
看起来好高大上的感觉

作者: hua65538 时间: 2015-11-3 20:22
学习了

作者: hc2003 时间: 2015-11-3 21:29
高科技

作者: 乔玉波 时间: 2015-11-4 09:59

作者: 越泽616 时间: 2015-11-4 20:01
楼主专业英语杠杠的

作者: kerrwang 时间: 2015-11-6 16:42
离调市场化还有很远的路呢。。

作者: luo1542924755 时间: 2015-11-6 23:43
我就是做电池设备的，不能有空气的的参与，要不能会短路，所谓的真空检测，不良率还是很高的

作者: threetigher 时间: 2015-11-7 23:08
“终极电池”研究有重大进展

多年来，锂－空气电池被业界誉为“终极电池”，因为理论上它可使电动车续航能力接近传统汽油汽车，甚至可用于电网储电。英国剑桥大学研究人员２９日报告说，他们克服了困扰锂－空气电池的多个技术难题，把这项技术朝实用化方向推进了一大步。
这项成果发表在新一期美国《科学》杂志上，该杂志还专门为此举行了电话记者会。

　　论文第一作者、剑桥大学的刘韬博士在接受新华社记者采访时介绍说，近２０年来，锂－空气电池在全球被广泛研究。典型情况下，这种电池使用锂金属作为负极材料，正极则为多孔的导电碳材料。放电时，从负极出发的锂离子在正极与空气中的氧气反应，产生一种叫过氧化锂的固体产物，填充于碳电极的孔隙中。充电时，化学过程逆转，过氧化锂被分解释放氧气。该电池的蓄电能力理论上是目前市场上锂离子电池的１０倍，但实际应用时却存在多个重大缺陷。

　　刘韬说，该电池的反应产物过氧化锂及反应中间产物超氧化锂都有较高的反应活性，会分解电解液，因此几个充放电循环后电池电量就会急剧下降，电池寿命较短；由于过氧化锂导电性能差，充电时很难分解，需要很高的充电电压，还会导致分解电解液及碳电极等副作用；放电时，过氧化锂会堵塞多孔碳电极，导致放电提前结束；充电时，锂金属负极表面会以树枝状向正极生长，最终可能导致短路，存在安全隐患；锂金属与空气中的水蒸气、氮气、二氧化碳都会发生反应，导致负极材料消耗，最终使电池失效。

　　在最新工作中，刘韬等人改用多层次的大孔石墨烯作为正极材料，利用水和碘化锂作为电解液添加剂，最终产生和分解的是氢氧化锂，而不是此前电池中的过氧化锂。氢氧化锂比过氧化锂要稳定，大大降低了电池中的副反应，提高了电池性能。其中碘化锂除了帮助分解氢氧化锂外，似乎还起到了保护锂金属负极的作用，使电池对于过量的水有一定的免疫性。没有它，同量的水会直接使电池失效，完全无法充放电。

　　他们开发出的锂－空气电池模型蓄电能力约为３０００瓦时／千克，是现有锂离子电池的约８倍，可循环充放电上千次，首次循环充放电效率高达９３％，即充入电池中９３％的能量在放电时都能被使用。
　　刘韬说，这一工作为加快锂－空气电池的发展提供了许多新思路，比如使用多层次大孔石墨烯电极和电解液添加剂来改变电池反应产物、减少电池副反应、提高蓄电能力等。但他也强调，他们只解决了锂－空气电池的部分难题，接下来将研究该电池的充放电速率以及锂金属负极的保护和安全隐患等问题。

　　他说：“这些问题都具有挑战性，例如锂金属树枝状生长导致的安全问题，在锂电池界已存在了多年，必须有重大创新才可能解决此老大难问题。我想在这些关键问题也被解决之前，谈论锂－空气电池何时走向市场还为时尚早。相信我们这次发表的工作会鼓励人们在锂－空气电池技术上有更多的投入。”(新华网)

P.S：
@zerowing 这类消息太多了，不知道这个数据靠谱否，请零侠确认。

作者: threetigher 时间: 2015-11-7 23:09
补一张图：
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作者: luo1542924755 时间: 2015-11-9 22:41

luo1542924755 发表于 2015-11-6 23:43 ' @" k5 h8 s* _5 j/ `* z3 o
我就是做电池设备的，不能有空气的的参与，要不能会短路，所谓的真空检测，不良率还是很高的

让你误解了，我说的是自己的工作领域，只是看到你这帖锂空气电池，我感概一下

作者: 懒蛋不懒 时间: 2015-11-10 14:22
顶！顶!

作者: 战烽ZF 时间: 2015-11-26 16:43
不错的电池设备，不断学习，与时俱进！！！

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