中國粉體網(wǎng)訊  為了在2050年之前實(shí)現(xiàn)碳中和，80%的化石燃料將被可再生能源取代，在能源替代方面，鋰離子電池等儲(chǔ)能裝置將會(huì)廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。其中全固態(tài)鋰離子電池由于其高安全性和高能量密度被廣泛認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵。此外，金屬-空氣電池也是未來廣泛關(guān)注的課題之一，它能夠同時(shí)解決與二氧化碳相關(guān)的環(huán)境問題以及不斷增長的可持續(xù)能源存儲(chǔ)需求。

固態(tài)鋰離子電池

固態(tài)鋰電池相比液態(tài)電池最大的區(qū)別就是將液態(tài)電解質(zhì)換成固體電解質(zhì)，同時(shí)取消了隔膜部件。固體電解質(zhì)是全固態(tài)鋰電池的核心部件之一，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電池的電化學(xué)性能以及安全性。此外，固態(tài)鋰電池負(fù)極可以使用鋰金屬取代石墨，與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池相比可大大提升能量密度，而且不存在液態(tài)電解液易揮發(fā)、易燃的問題，具有較好的安全性。

因?yàn)楣虘B(tài)鋰電池和液態(tài)鋰電池在工作原理上并無區(qū)別，只是電解質(zhì)為固態(tài)與液態(tài)的區(qū)別，所以固態(tài)電池大規(guī)模商用的可能性較高。由于固態(tài)電池不再使用石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰負(fù)極，所以大大減輕負(fù)極材料用量，使得整個(gè)電池的能量密度明顯提高。目前實(shí)驗(yàn)室已試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池，安全性能也比較高，不過該種電池體積較小，成本較高，目前僅在蘋果手機(jī)等高端小巧設(shè)備上有應(yīng)用。

金屬-空氣電池

金屬-空氣電池的結(jié)構(gòu)主要由金屬電極、 空氣電極、電解質(zhì)三部分組成。

① 金屬電極由 Zn、Mg、Al、Li、Na 等金屬構(gòu)成。

② 空氣電極由防水透氣層、氣體擴(kuò)散層、催化劑層和導(dǎo)電層 4 部分構(gòu)成。

③ 電解液有水性（以中性、堿性居多）和非水性。

水系和非水系金屬－空氣電池結(jié)構(gòu)示意圖及工作原理

金屬空氣電池是以空氣電極作為正極，金屬電極作為負(fù)極的電化學(xué)電池。放電時(shí)，金屬離子從負(fù)極向正極移動(dòng)，與從空氣中吸入的氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生電。而在充電過程中，金屬離子與氧分離從正極移動(dòng)到負(fù)極�？諝庵械难鯕饪稍丛床粩嗟赝ㄟ^氣體擴(kuò)散，到達(dá)電化學(xué)反應(yīng)界面與金屬反應(yīng)而放出電能。

固態(tài)鋰離子電池和金屬-空氣電池的差異性

金屬-空氣電池具有能量密度高、成本低和安全便攜等優(yōu)勢。目前，研究較多的鋅-空氣電池（能量密度為1086Wh/kg）和鋰-空氣電池（能量密度為3458Wh/kg），其能量密度遠(yuǎn)高于固態(tài)鋰離子電池的能量密度。金屬-空氣電池的續(xù)航里程長，單次續(xù)航里程可達(dá)2000公里，不僅如此，金屬-空氣電池比能量有望超過700Wh/kg，是鋰離子電池的10倍，體積更小，重量更輕。但是金屬電極過于活潑，碰見水蒸汽馬上會(huì)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)，其安全性、穩(wěn)定較差，所以，金屬-空氣電池的應(yīng)用還有諸多技術(shù)難關(guān)要攻克。

針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系特聘教授劉如熹將作題為《提升固態(tài)鋰離子電池與金屬空氣電池特性》的報(bào)告。報(bào)告主講人將介紹固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展與特性提升，并介紹金屬-空氣電池與固態(tài)鋰離子電池的差異性。

專家簡介：

劉如熹，臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系特聘教授，2015年獲國際IUPAC & NMS于新穎材料與合成之杰出研究獎(jiǎng)。2017年獲中山學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)。2018、 2019 、2020與2021年被科睿唯安(Clarivate Analytics)獲選為跨領(lǐng)域全球高被引學(xué)者（Highly Cited Researchers）。2018年獲「侯金堆杰出榮譽(yù)獎(jiǎng)」(基礎(chǔ)科學(xué)：數(shù)理)。2019年獲「有庠科技講座」(綠色科技)及東元獎(jiǎng)(化工/材料科技領(lǐng)域)。2020年獲學(xué)術(shù)獎(jiǎng)與化學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)獎(jiǎng)?wù)隆?021年獲未來科技獎(jiǎng)與中國化學(xué)會(huì)會(huì)志最佳論文獎(jiǎng)。至今論文發(fā)表于已發(fā)表超過600篇論文于國際期刊，被引用總次數(shù)達(dá)30,133次，平均每篇被引用53次，h-index為89。獲得專利200余件。

參考來源：

趙俊凱等.鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展

郝躍輝等.異質(zhì)結(jié)構(gòu)碳材料的金屬空氣電池應(yīng)用研究進(jìn)展

固態(tài)電池？鋰硫電池？鋰空氣電池？動(dòng)力電池性能提升空間有多少？.中潤漢泰

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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