【產(chǎn)通社，2月12日訊】電動(dòng)汽車和綠色能源目前嚴(yán)重依賴電池來(lái)儲(chǔ)存電能，超過(guò)75%的能量?jī)?chǔ)存依賴于鋰電池，但鋰是一種價(jià)格易變的昂貴礦物。鋰離子電池本身也是不穩(wěn)定的，因?yàn)樗鼈兪褂靡兹嫉碾娊庖�，過(guò)度充電時(shí)會(huì)著火。

中國(guó)科學(xué)家閆妮就發(fā)現(xiàn)，鋁提供了一個(gè)更好的替代解決方案。如果構(gòu)造正確，鋁基電池可能比揮發(fā)性電池壽命更長(zhǎng)，設(shè)計(jì)更安全、更可持續(xù)。


鋁電池的構(gòu)造


鋁是地殼中第三豐富的礦物，價(jià)格約為鋰的四分之一。鋁離子(Al-ion)電池多年來(lái)一直是研究的主題。但以前的嘗試通常使用離子液體電解質(zhì)，這可能導(dǎo)致陽(yáng)極腐蝕，特別是在潮濕的條件下。其他研究人員使用凝膠聚合物電解質(zhì)，介于液態(tài)和固態(tài)替代品之間，但這些電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低。

在北京理工大學(xué)和北京科技大學(xué)科學(xué)家的領(lǐng)導(dǎo)下，聯(lián)合小組找到了一種穩(wěn)定鋁電池的方法，可以持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。該研究小組采取了一種不同的方法，在含有鋁離子的液體電解質(zhì)中加入一撮鹽——即一種惰性氟化鋁鹽，創(chuàng)建了一種固態(tài)電解質(zhì)。

這種鹽具有多孔的3D結(jié)構(gòu)，可以像剛性海綿一樣吸收和穩(wěn)定液體，但仍允許離子更自由地移動(dòng)。這增加了材料的導(dǎo)電性，結(jié)果是一種不會(huì)泄漏的固體復(fù)合材料。研究人員還在電極上涂了一層薄薄的材料，有助于防止鋁晶體的形成，鋁晶體會(huì)隨著時(shí)間的推移降低電池的性能。

“我們的研究表明，穩(wěn)定、可回收的固態(tài)電解質(zhì)可以解決腐蝕、安全和長(zhǎng)循環(huán)壽命等問(wèn)題，從而改善鋁離子電池，使其成為鋰電池的潛在替代品，”北京科技大學(xué)電化學(xué)工程教授焦樹(shù)強(qiáng)說(shuō)。


鋁電池優(yōu)勢(shì)


研究人員的測(cè)試表明，最終的電池設(shè)計(jì)可以具有非常長(zhǎng)的壽命，在10,000次充電/放電循環(huán)后，電池保持了99%的原始容量。相比之下，典型的鋰離子電池在300到500次循環(huán)后，根據(jù)條件的不同，只能保留80%的充電容量。

固態(tài)電解質(zhì)也比使用液態(tài)電解質(zhì)的典型鋰離子設(shè)計(jì)更安全，不會(huì)像傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)電池那樣泄漏。因此，研究人員的鋁離子電池在被反復(fù)穿刺損壞時(shí)，即使被穿透，也能繼續(xù)正常工作。這些電池還在高達(dá)200攝氏度的溫度下進(jìn)行了測(cè)試；盡管有熱量，輸出電壓幾乎相同，電池沒(méi)有過(guò)度膨脹或變形。

除了這些性能優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的鋰離子電池設(shè)計(jì)相比，鋁離子電池具有更好的可回收性。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們能夠從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中輕松回收高達(dá)80%的氟化鋁鹽，他們預(yù)測(cè)在工業(yè)規(guī)模上的回收水平會(huì)更高。固體鋁箔也可以在簡(jiǎn)單的表面清潔后重復(fù)使用。因此，整個(gè)設(shè)計(jì)有助于組件的有效回收。


市場(chǎng)影響


更好的電池可能會(huì)對(duì)許多市場(chǎng)產(chǎn)生重大影響。市場(chǎng)研究公司Parks Associates表示，延長(zhǎng)電池壽命和降低成本的創(chuàng)新有可能改變多個(gè)行業(yè)，從汽車到消費(fèi)電子和家庭安全。電池續(xù)航里程是購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車的最大障礙，例如，39%不擁有或不打算購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車的人表示電動(dòng)汽車需要過(guò)于頻繁地充電或行駛里程有限。

較便宜的電池也可以在促進(jìn)風(fēng)能和太陽(yáng)能等可持續(xù)能源的使用方面發(fā)揮重要作用，因?yàn)樗峁┝艘环N經(jīng)濟(jì)有效的方式來(lái)儲(chǔ)存多余的能量，直到需要時(shí)為止。

新的電池結(jié)構(gòu)應(yīng)該易于在商業(yè)規(guī)模上制造。但是研究人員說(shuō)，在鋁離子電池為商業(yè)應(yīng)用做好準(zhǔn)備之前，它的能量密度需要提高。盡管如此，這種新方法為更安全、更便宜、更持久、更容易有效回收的電池提供了潛力。

查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://spectrum.ieee.org/aluminum-battery。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）