據(jù)外媒報道，由于氮氣在大氣層的含量極為豐富，其一度被視為可再生能源（renewable energy）的重要來源之一。然而，由于其原子結構的關系，氮氣原子結構在常規(guī)條件下難以被打破，這對想要將氮原子鍵（atoms bond）轉(zhuǎn)化為電能的科學家們而言，無疑是一大挑戰(zhàn)。
如今，中國的研究人員已研發(fā)出一款鋰-氮（Li-N–）充電電池，其原理在于可逆反應6Li+N– ？ 2Li–N的運用。該電池系統(tǒng)由鋰電池陽極（Li anode）、基于醚類電解質(zhì)（ether-based electrolyte）、碳布陰極（carbon cloth cathode）組成，該電池的法拉第效率為59%。
該“概念驗證（proof-of-concept）”設計被刊登在《化學》（Chem）雜志上，通過逆向的化學反應為當前的鋰-氮電池提供電能。與將氮鋰化合物（2Li3N）分解為鋰和氮氣，借此獲得化學反應時所產(chǎn)生的能量不同，該研究機構的Li-N2電池可在環(huán)境溫度條件下，在大氣氮（atmospheric nitrogen）中運行，與鋰產(chǎn)生發(fā)生反應后將生成氮鋰化合物。相較于其他鋰金屬電池，其能量輸出時間較短。
在室溫條件下，該款Li-N2電池的結構及再充電性（rechargeability）如下：圖（A）Li-N2電池結構圖，含有金屬鋰箔陽極（Li-foil anode）、基于醚類的電解質(zhì)及共陰極（CC cathode）。圖（B）：電流密度為0.05 mA/cm2時，帶共陰極的Li-N2電池的氮氣固化曲線（N2 fixation curves）（藍色）及氮氣演化曲線（N2 evolution curves）（紅色）。圖（C）：掃描頻率為0.05 mV/s時，在氮氣飽和大氣（黑色）及氬氣飽和大氣下（紅色），Li-N2電池的控制點曲線（CV curves）。圖（D）：電流密度為0.05 mA/cm2時，Li-N2電池的循環(huán)性能。
該研究團隊已論證，這款Li-N2電池能夠在室溫和大氣溫度下進行充電，其涉及一下可逆的電池反應（reversible battery reactions）：
（化學方程式1）陽極：6Li++ 6Li+ + 6e
（化學方程式2）陰極：6Li+ + N2 + 6e- 2Li3N
（化學方程式3）整體：6Li+ + N2 + =2Li3N
該研究團隊調(diào)查了釕共陰極（Ru-CC）及二氧化鋯共陰極（ZrO2-CC）這兩類復合陰極的使用，進而提升氮氣固化能效。帶陰極催化劑（catalyst cathodes）的Li-N2電池的固化能效要比原始共陰極（pristine CC cathodes）的固化能效高。
CONTACT US
ICC APP
