中國粉體網(wǎng)訊  為了在2050年之前實現(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，鋰離子電池等儲能裝置將會廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)和電動汽車等領(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。

因為固態(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，使得整個電池的能量密度明顯提高,。目前實驗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,，金屬離子從負(fù)極向正極移動，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。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè),，科研院校,，以及電動車、儲能,、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺,，開展產(chǎn)、學(xué),、研合作,，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時,，臺灣大學(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》的報告,。報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,。2017年獲中山學(xué)術(shù)論文獎,。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」(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(化工/材料科技領(lǐng)域)。2020年獲學(xué)術(shù)獎與化學(xué)會學(xué)術(shù)獎?wù)隆?021年獲未來科技獎與中國化學(xué)會會志最佳論文獎,。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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