【產通社，2月12日訊】電動汽車和綠色能源目前嚴重依賴電池來儲存電能，超過75%的能量儲存依賴于鋰電池，但鋰是一種價格易變的昂貴礦物。鋰離子電池本身也是不穩定的，因為它們使用易燃的電解液，過度充電時會著火。

中國科學家閆妮就發現，鋁提供了一個更好的替代解決方案。如果構造正確，鋁基電池可能比揮發性電池壽命更長，設計更安全、更可持續。


鋁電池的構造


鋁是地殼中第三豐富的礦物，價格約為鋰的四分之一。鋁離子(Al-ion)電池多年來一直是研究的主題。但以前的嘗試通常使用離子液體電解質，這可能導致陽極腐蝕，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，介于液態和固態替代品之間，但這些電解質的電導率較低。

在北京理工大學和北京科技大學科學家的領導下，聯合小組找到了一種穩定鋁電池的方法，可以持續更長時間。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中加入一撮鹽——即一種惰性氟化鋁鹽，創建了一種固態電解質。

這種鹽具有多孔的3D結構，可以像剛性海綿一樣吸收和穩定液體，但仍允許離子更自由地移動。這增加了材料的導電性，結果是一種不會泄漏的固體復合材料。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，鋁晶體會隨著時間的推移降低電池的性能。

“我們的研究表明，穩定、可回收的固態電解質可以解決腐蝕、安全和長循環壽命等問題，從而改善鋁離子電池，使其成為鋰電池的潛在替代品，”北京科技大學電化學工程教授焦樹強說。


鋁電池優勢


研究人員的測試表明，最終的電池設計可以具有非常長的壽命，在10,000次充電/放電循環后，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次循環后，根據條件的不同，只能保留80%的充電容量。

固態電解質也比使用液態電解質的典型鋰離子設計更安全，不會像傳統的液體電解質電池那樣泄漏。因此，研究人員的鋁離子電池在被反復穿刺損壞時，即使被穿透，也能繼續正常工作。這些電池還在高達200攝氏度的溫度下進行了測試；盡管有熱量，輸出電壓幾乎相同，電池沒有過度膨脹或變形。

除了這些性能優勢，與傳統的鋰離子電池設計相比，鋁離子電池具有更好的可回收性。研究人員發現，他們能夠從實驗室實驗中輕松回收高達80%的氟化鋁鹽，他們預測在工業規模上的回收水平會更高。固體鋁箔也可以在簡單的表面清潔后重復使用。因此，整個設計有助于組件的有效回收。


市場影響


更好的電池可能會對許多市場產生重大影響。市場研究公司Parks Associates表示，延長電池壽命和降低成本的創新有可能改變多個行業，從汽車到消費電子和家庭安全。電池續航里程是購買電動汽車的最大障礙，例如，39%不擁有或不打算購買電動汽車的人表示電動汽車需要過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風能和太陽能等可持續能源的使用方面發揮重要作用，因為它提供了一種經濟有效的方式來儲存多余的能量，直到需要時為止。

新的電池結構應該易于在商業規模上制造。但是研究人員說，在鋁離子電池為商業應用做好準備之前，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。

查詢進一步信息，請訪問官方網站http://spectrum.ieee.org/aluminum-battery。（Robin Zhang，產通數造）