据《日本经济新闻》1月26日报道，美国阿尔贡国家实验室等机构通过提升锂空气电池容量大大提高了其耐用性，并已实现1000次充放电，达到实用标准。该成果除了延长电动汽车(EV)续航里程外，还有助于飞机、卡车实现电动化，预计将于2030年后投入使用。

阿尔贡国家实验室和伊利诺伊理工大学试制了被称为“梦想电池”的锂空气电池。其理论容量约为每千克3000瓦时，是上限仅为300瓦时的锂电池的10倍。

阿尔贡国家实验室专家拉里·柯蒂斯称锂空气电池的能量密度在新一代电池中最高。该实验室的目标是让锂空气电池的容量达到锂离子电池的4倍。该水平将使EV充电一次的续航里程超过1000英里(约合1609公里)，是当前标准EV的4倍左右。

传统锂离子电池的容量难以进一步提升。除锂空气电池外，还有以硫作为正极的锂硫电池、以锂作为负极的锂金属电池、以固体电解质替代液体电解质的全固态电池也在开发中。

不过，不管哪一种电池，最高只能将其容量提升至现在的1.5至2倍。锂空气电池在锂金属负极中储存了大量携带电子的锂离子，通过使用空气中的氧气代替锂化合物作为正极，可以减轻电池的重量。

但是，之前锂离子与氧气在放电过程中相结合，容易产生杂质过氧化锂。这种物质在充电过程中很难转化回锂离子，因此容易导致对电池施加的电压过大，从而使电池老化。

锂金属晶体有可能在负极上以针状生长，延伸到正极会造成短路，因此此种电池只能进行几十次充放电。

为克服这一缺点，阿尔贡国家实验室使用固体电解质代替液体电解质。固体电解质是将专门为此开发的锂磷化合物融入锂盐与树脂的复合物制成的。

研究人员将电解质夹在正负极之间试制成电池。其容量为每千克685瓦时，是锂电池的两倍多。固体电解质很难被分解，并且由于它紧密贴附在负极上施加压力，可以防止生成针状锂晶体。其在放电过程中难以产生过氧化锂，即使反复充放电1000次仍能保持88%的容量。

但是固体电解质存在离子传输能力较差、难以产生高电压和强电流等问题。离子传输能力根据电解质所使用的元素类型和比例而不同。研究人员未来将继续寻找最佳的电解质配比，将电池性能提升数倍，并将固体电解质变得更薄、更轻，提升电池单位容量。

柯蒂斯认为，这些改良有望将新型电池容量提升到相当于锂离子电池4倍的每千克1200瓦时，他们正在同车企共同致力于实现新型电池的实用化。

目前，汽车领域中大型汽车的电动化进程相对滞后。如果能将新型电池投入实际使用，就能实现美国城际远距离卡车的电动化，飞机电动化可能也不再是梦想。

尽管阿尔贡国家实验室在利用固体电解质延长锂空气电池寿命的研究上处于领先地位，但是全世界都在取得进展。韩国蔚山科学技术院2020年实现了此类电池充放电100次，并已申请和公开了多项相关专利。

日本物质与材料研究机构(NIMS)与软银等公司开展合作，通过将固体电解质薄膜与液体电解质相结合，在2023年实现20次以上的充放电。

日本东北大学通过使用电解液延长电池正极寿命。其在电池正极采用具有许多直径7纳米孔隙的碳材料，对易因氧气等物质贴附而变质的区域进行热处理。如此一来，即使对电池进行充放电，正极也不会老化。

大阪大学教授中西周次等人在日本科学技术振兴机构(JST)的支持下，将从2月开始与美国、德国、英国研究者开展至2028年度末截止的国际联合研究。其目标是在2030年代前半期实现新型电池的实用化。

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微信审核 | 陈鹏

内容编审 | 张滨阳 曹磊

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