正在开发高效锂空气电池以加速交通电气化

由圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院领导的一个研究合作团队正在努力实现这一目标，开发一种能量密度比现有系统高得多的能量存储系统。

机械工程和材料科学副教授李翔林将获得美国能源部能源高级研究计划局(ARPA-E)提供的150万美元资金，领导一个多机构团队开发锂空气(li-空气)电池与离子液体，可为高能量和高功率应用提供高效、可靠和耐用的性能。

第一阶段为期18个月的资金是ARPA-E1500万美元资金的一部分，该资金授予11个州的12个项目，以推进下一代高能量存储解决方案，以加速航空、铁路和海运行业的电气化。

通过1K储能系统先锋铁路、海洋和飞机电气化(PROPEL-1K)计划资助，项目旨在开发采用“1K”技术的零排放储能系统，能够实现或超过每公斤1,000瓦时(wh/kg)和每升1,000瓦时(wh/l)。

“目前市售的锂离子电池的比能量约为每公斤200瓦时，但这些电池无法工作，因为每公斤1000瓦时超出了其热力学极限，”李说。“我们需要将比能量密度提高四到五倍，所以这是一个非常激进的目标。”

如果成功，PROPEL-1K技术将使支线航班电气化，飞行里程可达1,000英里，最多可搭载100人;所有北美铁路;该机构表示，以及仅在美国领海内作业的所有船只。

李团队的概念是在阳极中使用纯锂，因为它具有最高的能量密度。他们将使用具有独特性能的非常薄的隔膜来来回传输锂离子。阴极必须含有催化剂，使氧还原和析出反应的电化学反应快速有效地发生。

“所有这些组件必须几乎完美地组装在一起，因为每公斤1,000瓦时接近任何储能技术的极限，”李说。“这就是为什么我们拥有一支庞大的团队，在整个系统的不同部分都有互补的专家。我的团队将领导系统的整体设计，并重点关注发生氧反应的阴极。”

对于所提出的锂空气液流电池，该团队将使用一种独特的电解质：具有高氧溶解度、低粘度、超低挥发性和高离子电导率的离子液体。该团队还将定制催化剂和锂金属保护膜，以增强电池性能，同时降低电解液循环过程中的功耗。初步实验结果表明，通过使用循环电解质，容量可增加十倍。

“商用电池使用有机电解质，但由于我们的锂空气电池是一个开放系统，电解质会随着时间的推移而蒸发，”李说。“离子液体是一种盐，其作用类似于液体，但不会蒸发，并且可以在室温下流动。”

该项目的联合首席研究员包括McKelveyEngineering能源、环境与化学工程系的副教授PengBai和RomaB.&RaymondH.Wittcoff杰出大学教授VijayRamani;马克·希夫利特(MarkShiflett)，堪萨斯大学;IvanVlassiouk，橡树岭国家实验室高级研究人员;JamesSaraidaridis，雷神技术研究中心首席研究工程师;以及Powerit的电化学家SherryQuinn。他们将共同开发一个可以进一步开发并推向市场的原型。

该团队还将对其锂空气液流电池系统在航空、铁路和海运领域的应用进行经济分析，以强调推进储能技术超越当前锂离子电池技术的重要性。

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