鋰空氣電池是目前最有希望在電動車(EV)中取代鋰離子電池的備選技之一:它能夠儲存較鋰離子池更高10倍的電量,並且大幅擴展續航里程。然而,鋰空氣電池技術也為工程師帶來了諸多挑戰,尤其是鋰空氣電池的老化速度非常快。而今,科學家已經找到原因了。

理論上,鋰空氣電池的能量密度至少比傳統的鋰離子電更高10倍。此外,在這種技術中的多孔碳顆粒能用於取代過渡金屬氧化物製成的厚重電極,從而實現輕量的電池設計。雖然這一向被視為完美的組合,但當今的鋰空氣池原型仍存在極大的缺點:在經過幾次的充電週期後經常造成性能急劇損耗,電極也隨之崩解。

德國慕尼黑工業大學(Technical University of Munich;TUM)和於利希研究中心(Julich Research Center)的科學家如今發現了可解釋這種現象的原因了:在充電過程中,會產生高度活性的純態氧(singlet oxygen)。TUM博士候選人Johannes Wandt指出,這種純態氧會在不到1秒的時間內腐蝕週遭材料。

但科學界為什麼一直未能發現鋰空氣電池壽命短的這個理由?Wandt認為原因有二:一是這必須進行較複雜的實驗設置,另一個原因則是科學文獻中一直存在誤解,讓科學家無法在正確的地方尋找。

為了更準確地檢查充電過程,TUM的研究人員建立了一個特定的鋰-空氣電池。其集電器十分輕薄並以雙螺旋的方式形成,置於玻璃盒中讓科學家便於觀察其過程。此外,採用玻璃材質可確保RF輻射與相關磁場不致於被遮蔽掉,而能更有效的進行測量。

此外,來自Julich研究中心的科學家則施加「電子順磁共振光譜儀」(EPR)量測儀器,使其得以證實電池在充電時可產生純態氧。

如今,研究人員們已經找到這個問題的答案了,但是否有任何的解決方案?目前看來還得再等一等。下一步,研究人員們計劃找到避免產生純態氧的辦法。這項研究工作雖然仍屬於基礎研究的領域,但Wandt指出,它「可為新穎、長效的鋰空氣電池設計創造有用的先決條件。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Researchers clear away obstacle for lithium-air batteries,by Christoph Hammerschmidt)