باتری لیتیم هوا

باتری لیتیم - هوا ( به انگلیسی: Lithium–air battery ) ( مخفف انگلیسی: Li - air ) گونه ای از باتری های نوع دوم هستند که در آن از فلز لیتیم در آند و اکسیژن هوا در کاتد استفاده می شود. این باتری ها می توانند ولتاژ اسمی تا ۲٫۹۱ ولت ایجاد کنند. باتری لیتیوم - هوا ( Li - air ) یک سلول الکتروشیمیایی است که از اکسیداسیون لیتیوم در آند و کاهش اکسیژن در کاتد برای القای جریان جریان استفاده می کند. جفت شدن لیتیوم و اکسیژن محیط از نظر تئوری می تواند منجر به سلولهای الکتروشیمیایی با بالاترین انرژی ممکن شود. در واقع، انرژی خاص نظری یک باتری غیر آبی Li - air، در حالت شارژ شده با محصول Li2O2 و به استثنای توده اکسیژن، ~40. 1 MJ/kg است. این قابل مقایسه با انرژی خاص نظری بنزین، ~46. 8 MJ/kg است. در عمل، باتری های Li - air با انرژی خاص ~6. 12 MJ/kg در سطح سلول نشان داده شده است. این مقدار تقریباً ۵ برابر بیشتر از باتری یون لیتیم تجاری است و برای کار با یک وسیله نقلیه الکتریکی ۲۰۰۰ کیلوگرمی برای ۵۰۰ کیلومتر ( ۳۱۰ مایل ) با یک بار شارژ با استفاده از ۶۰ کیلوگرم باتری کافی است. با این حال، قدرت عملیاتی و چرخه عمر باتری های Li - air قبل از یافتن جایگاه بازار به پیشرفت های چشمگیری نیاز دارد. پیشرفت های قابل توجه الکترولیت برای توسعه یک اجرای تجاری مورد نیاز است. چهار رویکرد در نظر گرفته شده است: آلی، آبی، حالت جامد و مخلوط آبی - آلی. عامل اصلی بازار باتری ها، بخش خودرو است. چگالی انرژی بنزین تقریباً ۱۳ کیلووات ساعت بر کیلوگرم است که مربوط به ۱٫۷ کیلووات ساعت بر کیلوگرم انرژی است که پس از تلف شدن به چرخ ها می رسد. از نظر تئوری، لیتیوم هوا می تواند ۱۲ کیلووات ساعت در کیلوگرم ( 43. 2 MJ/kg ) را به استثنای توده اکسیژن به دست آورد. با توجه به وزن بسته کامل باتری ( پوشش، کانال های هوا، بستر لیتیوم ) ، در حالی که لیتیوم به تنهایی بسیار سبک است، چگالی انرژی به طور قابل توجهی پایین تر است.
تاریخچه
باتری های Li - air که در اصل در دهه ۱۹۷۰ به عنوان منبع احتمالی برق برای وسایل نقلیه الکتریکی باتری و وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پیشنهاد می شد، در اواخر دهه اول ۲۰۰۰ به دلیل پیشرفت در علم مواد، مورد توجه علمی قرار گرفتند. اگرچه ایده وجود یک باتری لیتیوم - هوا مدتها قبل از سال ۱۹۹۶ بود، نسبت خطر به سود برای پیگیری بسیار بالا تصور می شد. در واقع، هر دو الکترود منفی ( فلز لیتیوم ) و مثبت ( هوا یا اکسیژن ) دلیل این امر هستند که به ترتیب، باتری های لیتیوم فلزی قابل شارژ در دهه ۱۹۷۰ به بازار نرسیدند ( باتری یون لیتیم در یک دستگاه تلفن همراه از ترکیب گرافیت LiC6 - روی الکترود منفی، نه یک فلز لیتیوم ) . با این وجود، به دلیل کمبود قابل درک سایر گزینه ها برای باتری های قابل شارژ با انرژی زیاد و به دلیل برخی نتایج امیدوار کننده از آزمایشگاه های دانشگاهی، هم تعداد حق ثبت اختراع و هم انتشارات حوزه آزاد مربوط به اکسیژن لیتیوم ( از جمله Li - air ) باتری ها در سال ۲۰۰۶ رشد نمایی کردند. با این حال، مشکلات فنی پیش روی چنین باتری ها، به ویژه زمان شارژ مجدد، حساسیت به نیتروژن و آب و هدایت ضعیف ذاتی گونه های شارژ شده Li2O2 چالش های اساسی است.