中國儲能網(wǎng)訊：東京大學(xué)研究生院水野哲孝教授的研究小組與日本觸媒公司共同開發(fā)出了采用新原理的二次電池，在正極利用氧化物離子與過氧化物離子之間的氧化還原反應(yīng)。該研究小組查明，在正極利用在Li2O（氧化鋰）晶體內(nèi)添加Co（鈷）形成的物質(zhì)時，充放電反應(yīng)中就會有過氧化物生成和消失，由此實現(xiàn)了新原理的電池系統(tǒng)。這種電池的能源密度達到了現(xiàn)行鋰離子二次電池的7倍，而且還可增加容量，降低價格，提高安全性。有望作為EV（純電動汽車）用途及固定蓄電用途的新一代二次電池。
通常鋰離子二次電池在正極使用的是LiCoO2（鋰鈷氧化物）等容易產(chǎn)生鋰離子嵌入/脫離的過渡金屬氧化物。由于是由分子量較大的過渡金屬來擔負氧化還原作用的，所以單位重量的能量密度及容量無法太大。而且鋰的價格也很高，因此還存在減少鋰的使用量以降低成本的要求。
而此次的新一代二次電池研究的是在正極利用O2（氧氣）分子的氧化還原反應(yīng)的鋰空氣電池，理論上可實現(xiàn)最大的能量密度。但這種電池也存在諸多問題，比如放電反應(yīng)產(chǎn)生的Li2O2（過氧化鋰）等會導(dǎo)致正極阻塞；由于是開放結(jié)構(gòu)，因此空氣中的水分及CO2（二氧化碳）容易混入，造成電極和電解液劣化；反應(yīng)中生成的活性氧類物質(zhì)會導(dǎo)致有機電解液不穩(wěn)定，等等。因此，一直未能真正投入實用。
此次東大和日本觸媒開發(fā)的電池在正極利用Li2O與Li2O2之間的氧化還原反應(yīng)，在負極利用金屬鋰的氧化還原反應(yīng)，兩電極活性物質(zhì)的單位重量的理論容量為897mAh/g，電壓為2.87V，理論能量密度為2570Wh/kg（圖1）。按兩電極活性物質(zhì)的單位重量計算，能量密度達到370Wh/kg，與使用LiCoO2正極和石墨負極的現(xiàn)行鋰離子二次電池相比，約為后者的7倍。這種新型電池的理論能量密度雖然不及鋰空氣電池的3460Wh/kg，但與目前的鋰離子二次電池一樣采用密閉結(jié)構(gòu)，因此可靠性及安全性出色。
此次，研究小組使用行星式球磨機在Li2O晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)添加了鈷，將其用作正極活性物質(zhì)。經(jīng)證實，使用這種正極可實現(xiàn)氧化物與過氧化物間的氧化還原反應(yīng)可逆的電池系統(tǒng)（圖2）。同時還實施了過氧化物的定量分析，確認充電反應(yīng)時正極中有過氧化物生成，放電反應(yīng)時正極中的過氧化物消失，而且這種反應(yīng)能夠反復(fù)發(fā)生。此外還確認在能夠可逆充放電的范圍內(nèi)沒有O2及CO2產(chǎn)生，正極能夠?qū)崿F(xiàn)容量為200mAh/g的反復(fù)充放電，同時支持大電流快速充放電。另外，此次使用的正極與現(xiàn)行鋰離子二次電池使用的LiCoO2相比，鈷的重量比較小，有望降低原料成本。（作者：浜田 基彥，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）
