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(renewableenergy)的重要來源之一。然而，由于其原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，氮氣原子結(jié)構(gòu)在常規(guī)條件下難以被打破，這對想要將氮原子鍵(atomsbond)轉(zhuǎn)化為電能的科學(xué)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(yīng)6Li+N–?2Li–N的運用。該電池系統(tǒng)由鋰電池陽極(Lianode)、基于醚類電解質(zhì)(ether-basedelectrolyte)、碳布陰極(carbonclothcathode)組成，該電池的法拉第效率為59%。

該“概念驗證(proof-of-concept)”設(shè)計被刊登在《化學(xué)》(Chem)雜志上，通過逆向的化學(xué)反應(yīng)為當(dāng)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(xué)反應(yīng)時所產(chǎn)生的能量不同，該研究機構(gòu)的Li-N2電池可在環(huán)境溫度條件下，在大氣氮(atmosphericnitrogen)中運行，與鋰產(chǎn)生發(fā)生反應(yīng)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(jié)構(gòu)及再充電性(rechargeability)如下：圖(A)Li-N2電池結(jié)構(gòu)圖，含有金屬鋰箔陽極(Li-foilanode)、基于醚類的電解質(zhì)及共陰極(CCcathode)。圖(B)：電流密度為0.05mA/cm2時，帶共陰極的Li-N2電池的氮氣固化曲線(N2fixationcurves)(藍(lán)色)及氮氣演化曲線(N2evolutioncurves)(紅色)。圖(C)：掃描頻率為0.05mV/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(CVcurves)。圖(D)：電流密度為0.05mA/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(jìn)行充電，其涉及一下可逆的電池反應(yīng)(reversiblebatteryreactions)：

(化學(xué)方程式1)陽極：6Li?6Li++6e?

(化學(xué)方程式2)陰極：6Li++N2+6e??2Li3N

(化學(xué)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(fù)合陰極的使用，進(jìn)而提升氮氣固化能效。帶陰極催化劑(catalystcathodes)的Li-N2電池的固化能效要比原始共陰極(pristineCCcathodes)的固化能效高。

該項研究由中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部(MinistryofScienceandTechnologyofChina)及國家自然科學(xué)基金委員會(NationalNaturalScienceFoundationofChina)提供資金支持。