最近、重要な研究開発が、電気化学的エネルギー貯蔵の分野を大きく刺激した。シカゴのイリノイ大学（UIC）、アルゴンヌ国立研究所、カリフォルニア州立大学ノースカリフォルニア州立大学（ノースリッジ）の共同科学研究チームは、Nature magazineに論文を掲載しました。
それは、成功は唯一の純酸素、および制限の短いライフサイクルを使用して壊す前に、空気雰囲気中で同様のリチウム - 空気電池、リチウム - 空気電池を700以上の回を再利用することができます作られ、人々は、これは非常に高い理論エネルギーを持って見てみましょう密度のバッテリーは既存のリチウムイオンを置き換え、電気自動車の走行距離のボトルネックの可能性を壊します。
どのようなリチウム - 空気電池である？リチウム - 空気電池とリチウムイオン電池？なぜ、この画期的なのリチウム空気電池は、非常に重要なのですか？これは、最初の違いでは何のリチウムイオン電池のエネルギー密度からは、なぜ話高くありません。
リチウムイオン電池は、最も成功した充電式電池で、「リチウムイオン電池」と呼ばれています。これは、充電中でも放電中でも、リチウムイオン（Li +）て、2つの電極間の電流のリチウムイオンは「埋め込み」、その電極表面の必要性に到達し、良い確保するために「吸蔵」を残す必要があるフォームに「組み込み - 脱離」。反応また、ニッケル、コバルト、マンガン3つの金属リチウムイオン電池の負極は、通常は黒鉛であると陰極はリチウムの化合物の一般的である。陰極「3元リチウム「バッテリーでは例えば、現在最も人気のある、リチウム要素に加えて、しかし、ニッケル - コバルト - マンガン - マンガン酸塩の化合物（LiNi 0.3Co 0.3Mn 0.3O2）、ニッケル、コバルトおよびマンガンはリチウムよりもはるかに重い。
したがって、リチウムイオン電池では、相対的な原子質量が3（炭素原子の1つの相対量の1/12である）のリチウムイオンが1つの単位電荷を担持することができるが、その陰極は必要となるリチウム化合物は、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、リンよりもはるかに重いを必要とし、炭素原子は、「ストレージ」はリチウムイオンで行く。これは、ユニットに正の電荷をもたらし、それだけ陰極1に設けられます100の相対分子量は、常に最新に行かない「巨人」プラスアノードおよび他の材料や構造、リチウムイオン電池のエネルギー密度の重量に近いかもしれない。それは、なぜ、リチウムイオン電池を搭載ハーフトン電気自動車では、巡航範囲は数十リットルのガソリンで平均車よりもはるかに小さいです。
安定的に「ハウジング」は、リチウムイオンの電荷（図中の灰色の球）を搬送するために、リチウムイオン電池では、図シュウ、このようなリチウム化合物（青、赤の三次元構造）およびグラファイトなどの他の構造の参加多数の、（赤色積層構造）は、これらの元素の相対原子質量がリチウムよりはるかに大きいリチウムイオン電池のエネルギー密度が得られることは常に制限されている。理想的なリチウム空気電池において、これらの要素の全てを必要としないので、唯一空気中のリチウム金属と酸素はできます！
リチウム空気電池は、リチウム化合物やグラファイト電極を必要とするリチウムイオン電池とは異なり、リチウム金属（Li）と空気中の酸素（O 2）電極として最も理想的な場合には、電池が放電されると、過酸化リチウムは元素状酸素（Li）から過酸化リチウムを生成する。 2O2）、外部回路に電流を生成するステップと、関係する他の元素の大質量せず、全体のプロセス、及び陰極が直接使用することができるときにリチウムリチウム過酸化物及び酸素に分解あるいは無視できる重量および空気を除くのコスト！
実際のところ、リチウムは周期律表の中で最も軽い元素であるため、空気は酸素であり、リチウム空気電池は電気を持っているため、リチウム空気電池はリチウムイオン電池よりもはるかに高いエネルギー密度を達成することができます。化学電池の最高理論エネルギー密度、換言すれば、単位質量のリチウム空気電池は、他のすべての電気化学的エネルギー貯蔵媒体よりも多くのエネルギーを貯蔵および放出することができる。
非液体リチウム - 12kWh / kgの空気電池最大の理論的エネルギー密度は、5〜10倍、従来のリチウムイオン電池、ガソリンほぼ同等のリチウム - 空気電池ができれば、最終的に市場に13kWh / kgから約。電気自動車とガソリン車でも走行距離の同じレベルを持つことになり、走行距離は完全に起因するリチウムイオン電池のエネルギー密度にボトルネックを破るだろうクリーンエネルギーの将来の発展に重要な意義を持っているため、低すぎると原因です。
しかし、これらはすべて理論的な分析であり、理想的な状況を達成することは容易ではありません。
これに先立ち、プロセスは非常になるように酸素に加えて、空気、窒素、二酸化炭素、水蒸気は、反応に関与する、からである。空気極は、リチウム空気電池として知られてもよいが、全てが純粋な酸素環境に依存しています複合体：アノードリチウムの酸化、およびカソードリチウムイオンと二酸化炭素および空気中の水蒸気との反応は、望ましくない副生成物を生成する。
電極、他の化学反応に電解質、及びリチウム金属と酸素の化学的性質はより活性であるため、リチウム空気電池のサイクル寿命が非常に短くなっている。また、周囲空気中の酸素は、リチウムの使用は、酸素貯蔵手段を備えなければならない必要例えば、リチウム空気電池を可能に巨大な酸素ボンベは、直接、高エネルギー密度の大きくて重い酸素タンクの平滑で、電池容量は、酸素ボトルの容量に依存します。また、あなたは電気が必要な場合はリチウム空気電池は自動車に使用されています。酸素ボトルは、重大な重量増加に加えて、安全リスクを増加させます。
ではないため、上記の欠点のため、リチウムイオン電池が遠くリチウム空気電池の複合電極を使用していない場合、実際には、電極が直接酸素に必要な、いくつかの科学者も完全に空気中のリチウム金属単体の直接使用に起因し得ることができないようにリチウム空気電池は「リチウム酸素電池」と呼ばれています。
暗い雲が市場との競争にリチウムイオン電池はもちろんのこと、リチウム - 空気電池に掛けのような開発の年後に、これらの問題はされている。イリノイ大学シカゴ校までは、アルゴンヌ国立研究所とカリフォルニア州立大学ノースLing Schoolの画期的な進歩は、理論的にしか存在しないこの優れたパフォーマンスに明るい明るさをもたらしました。
リチウムを解決する - 空気電池致命的な欠陥、それは空気中に含まれる様々な化学物質を防止する方法を見つける必要がある - これらの副反応に関与して窒素、二酸化炭素、水蒸気および他の成分は、副反応電極、リチウムイオン及び電解質を有します。リチウム金属電極上：影響、研究者がこの問題に深く研究行ったコンピュータシミュレーション（密度汎関数分析）法と実験的研究の使用に対処し、そして最後に、彼らは答えを見つけ、不要な副産物を生産保護層を追加する。
この技術の核心は、アノードにおいて、炭酸リチウム/炭素（LiCO 3/ C）高密度保護コーティングの組成。
非常に単純なコーティングプロセス：電極の表面での化学反応により二酸化炭素とリチウム金属から直接充電の10サイクルは、炭酸リチウムが負極にしない保護、化合物へのリチウムイオン以外の完成させることができる防ぎます。空気中の酸素損傷の群雰囲気にある間以外の部分によって、及び炭酸リチウムは、水蒸気と空気と自発的に反応しないので、保護層は、電池の化学反応に関与しないかもしれません破壊された。コーティングの保護の下で、単一サイクルのリチウム保持率は99.97％と高く、コーティングのないリチウム空気電池よりもはるかに優れている。
図◇緻密な陽極保護層（スケールバー：図中の緑色の線は1μm）
図はLiを通過しています
2CO
3 被覆酸素分子
この電池の性能を試験するために、研究者らは他の研究によって以前に報告された二硫化モリブデン（MoS）を使用した。 2ナノシートを陰極として使用し、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（EMIM-BF4）およびジメチルスルホキシド（DMSO）を使用した。電解質としての混合物の組成アノード、カソードおよび電解質を一緒に使用して、リチウム空気電池を模擬空気環境（窒素79％、酸素21％、二酸化炭素500ppmおよび相対湿度45％）に置いた。湿度、温度25℃。
試験後、700サイクルの充放電後、リチウム空気電池は何の故障も示さなかった。これは多くの人々の期待を超えており、成熟した商用電池（鉛蓄電池など）のサイクル寿命に達している。
従って、研究チームは、「リチウムアノード、電解質混合物、および高性能エアーカソードを、空気条件下で一緒に働かせて、リチウム空気電池のサイクル数を効果的に増やすことができる」という結論に達した。
同時に、Argonne National Laboratoriesは、反応メカニズムをさらに理解し、将来のバッテリー性能を改善し、将来の商業化の可能性を理論的にサポートするために、このバッテリー反応のコンピューターシミュレーションを続けています。
この研究は商業的用途からは遠いものの、そのエネルギー密度は最適ではありませんが、リチウム空気電池の開発における大きな進歩であることは間違いありません。
この研究は、リチウム空気電池を確実に他のガスからの干渉を遮蔽することができ、酸素ストレージデバイスへの依存から、同様の気体環境内の空気から直接酸素を取得し、それでも長いサイクル寿命を有している、実証された。これは間違いなく大幅に増強され自信の将来の発展で、この革新的な電池技術のための研究者や産業：
おそらく、前に長い！最も重要な問題は、すでに明確な解決策を持っており、残りは致命的な問題だけではない可能性があるため、研究者たちは、エネルギー密度が現在のリチウムイオン電池技術よりもはるかに高い生産することができるようになります間違いなく、既存のエネルギー地形に革命をもたらす新しい電池、。
