据外媒报道，日本国立材料科学研究所（National Institute for Materials Science，NIMS）和高性能碳纤维的专业制造商东洋炭素（Toyo Tanso）的联合研究团队开发出一种碳电极，可实现1Wh级叠层锂空气电池的稳定运，同时兼顾更高的输出功率、更长的使用寿命和可扩展性。

图片来源： NIMS

该团队将东洋炭素为其“CNovel”多孔碳产品开发的制造技术与NIMS自主研发的自支撑碳膜制造技术相结合，成功研制出这种电极。

这种组合使得电池单体尺寸的放大成为可能——这是迈向实用化、工业化锂空气电池的重要一步。该研究相关论文已在线发表于期刊《Cell Reports Physical Science》。

锂空气电池面临的挑战

锂空气电池因其理论能量密度比传统锂离子电池高出数倍，被誉为“终极可充电电池”，备受关注。

2021年，NIMS的一个研究小组开发出一种锂空气电池，其能量密度约为500 Wh/kg，是典型锂离子电池的两倍以上。

然而，在实现实际应用之前，仍存在一些技术挑战，包括需要更高的输出性能和更长的循环寿命。

此外，迄今为止报道的大多数锂空气电池的能量容量都在0.01 Wh或以下，因此必须扩大电池尺寸，才能推进研发并最终实现实际应用。

主要发现

该联合研究团队成功开发出一种碳电极，该电极同时实现了更高的输出功率、更长的使用寿命和可扩展性——这些都是实用锂空气电池的关键要求。

本研究将NIMS开发的用于制造自支撑碳膜的专有技术应用于东洋炭素公司的CNovel多孔碳材料，该材料具有可控的介孔结构。

这种方法能够制备具有分级可控多孔结构的碳电极，从而实现锂空气电池的高输出功率运行。

此外，通过提高碳电极的结晶度，研究团队提升了其耐久性，从而显著延长了电池寿命。

研究人员还建立了一种能够生产10 cm × 10 cm或更大面积电极的制造方法，为扩大电池规模奠定了坚实的技术基础。

结合这些技术进步，研究团队使用4 cm × 4 cm的电极，制造出1 Wh级叠层锂空气电池原型，并验证了其稳定运行。

未来展望

本研究开发的高性能碳电极在同时克服锂空气电池实际应用中的三大关键挑战方面取得了重大突破：更高的输出功率、更长的循环寿命和可扩展性。

锂空气电池以其轻量化和高能量密度而著称，有望在推动电动飞机和电动汽车等关键领域的电气化进程中发挥至关重要的作用。

然而，锂空气电池的实际应用长期以来一直受到技术挑战的制约。本研究实现了电极面积的规模化，为工业规模应用铺平了道路，并标志着锂空气电池向实际部署迈出了重要一步。