锂空气电池因轻量特性和高能量密度，对电动航空器和电动汽车发展至关重要。
电动飞机的梦想与优质电动汽车的愿景正加速照进现实。日本国立材料研究所与碳材料专业企业东洋炭素联合宣布，成功研制出一种可提升锂空气电池性能的新型碳电极。值得注意的是，团队构建出电极尺寸达4厘米×4厘米的1瓦时级叠层锂空气电池原型，并验证其稳定运行特性，证明该技术具备产业化放大潜力。
这类电池凭借轻量高能的特性，对电动航空器及电动汽车等领域具有战略意义。此次突破性进展成功攻克了困扰这种"终极可充电电池"的三大缺陷 —— 输出功率低、循环寿命短及扩容能力不足。
扩容攻坚之路
长期以来，锂空气电池作为理想储能装置备受期待，其能量储存能力远超现有锂离子电池，能为车辆与飞行器提供超长续航。但此前研究者构建的微型电池（通常≤0.01瓦时）仅能驱动芯片级设备，难以满足更大需求。2021年日本国立材料研究所曾开发出能量密度约500瓦时/千克的锂空气电池，达到标准锂离子电池两倍以上，但在功率输出与使用寿命方面仍需提升。
展开剩余52%核心挑战在于如何设计兼具合适孔隙率与稳定性的碳基正极。在新研究中，合作团队通过融合东洋炭素具有可控介孔结构的"CNovel"多孔碳材料，与国立材料研究所特有的自支撑碳膜制备技术，成功创造出具有层状多孔结构的碳电极。这种设计能优化离子传输效率与电化学反应动力学。
电动航空与续航竞赛新纪元
研发成果显示，采用4厘米×4厘米碳电极的1瓦时级叠层锂空气电池实现了稳定放电。研究表明，使用新型多级孔道碳膜与贫电解液构建的锂-氧气电池，能在1.5毫安/平方厘米的高电流密度下稳定循环超过150次。特别值得关注的是，这种独特电极设计可使电池实现更高功率输出，这对电动汽车瞬时加速或空中出租车垂直起降至关重要。同时碳材料结晶度的提升既增强了电极耐久性，又延长了电池使用寿命。
团队还开发出可制造10厘米×10厘米及以上尺寸大型电极的工艺，为未来大型电池单元奠定基础。当顶级锂离子电池能量密度难以突破300瓦时/千克时，锂空气电池的理论密度终有望比肩汽油，这将推动交通领域革命。此项进展预示着短程电动汽车与搁浅的飞行汽车时代或将终结。
该研究成果已发表于《细胞报告物理科学》期刊。
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