【产通社，2月12日讯】电动汽车和绿色能源目前严重依赖电池来储存电能，超过75%的能量储存依赖于锂电池，但锂是一种价格易变的昂贵矿物。锂离子电池本身也是不稳定的，因为它们使用易燃的电解液，过度充电时会着火。

中国科学家闫妮就发现，铝提供了一个更好的替代解决方案。如果构造正确，铝基电池可能比挥发性电池寿命更长，设计更安全、更可持续。


铝电池的构造


铝是地壳中第三丰富的矿物，价格约为锂的四分之一。铝离子(Al-ion)电池多年来一直是研究的主题。但以前的尝试通常使用离子液体电解质，这可能导致阳极腐蚀，特别是在潮湿的条件下。其他研究人员使用凝胶聚合物电解质，介于液态和固态替代品之间，但这些电解质的电导率较低。

在北京理工大学和北京科技大学科学家的领导下，联合小组找到了一种稳定铝电池的方法，可以持续更长时间。该研究小组采取了一种不同的方法，在含有铝离子的液体电解质中加入一撮盐——即一种惰性氟化铝盐，创建了一种固态电解质。

这种盐具有多孔的3D结构，可以像刚性海绵一样吸收和稳定液体，但仍允许离子更自由地移动。这增加了材料的导电性，结果是一种不会泄漏的固体复合材料。研究人员还在电极上涂了一层薄薄的材料，有助于防止铝晶体的形成，铝晶体会随着时间的推移降低电池的性能。

“我们的研究表明，稳定、可回收的固态电解质可以解决腐蚀、安全和长循环寿命等问题，从而改善铝离子电池，使其成为锂电池的潜在替代品，”北京科技大学电化学工程教授焦树强说。


铝电池优势


研究人员的测试表明，最终的电池设计可以具有非常长的寿命，在10,000次充电/放电循环后，电池保持了99%的原始容量。相比之下，典型的锂离子电池在300到500次循环后，根据条件的不同，只能保留80%的充电容量。

固态电解质也比使用液态电解质的典型锂离子设计更安全，不会像传统的液体电解质电池那样泄漏。因此，研究人员的铝离子电池在被反复穿刺损坏时，即使被穿透，也能继续正常工作。这些电池还在高达200摄氏度的温度下进行了测试；尽管有热量，输出电压几乎相同，电池没有过度膨胀或变形。

除了这些性能优势，与传统的锂离子电池设计相比，铝离子电池具有更好的可回收性。研究人员发现，他们能够从实验室实验中轻松回收高达80%的氟化铝盐，他们预测在工业规模上的回收水平会更高。固体铝箔也可以在简单的表面清洁后重复使用。因此，整个设计有助于组件的有效回收。


市场影响


更好的电池可能会对许多市场产生重大影响。市场研究公司Parks Associates表示，延长电池寿命和降低成本的创新有可能改变多个行业，从汽车到消费电子和家庭安全。电池续航里程是购买电动汽车的最大障碍，例如，39%不拥有或不打算购买电动汽车的人表示电动汽车需要过于频繁地充电或行驶里程有限。

较便宜的电池也可以在促进风能和太阳能等可持续能源的使用方面发挥重要作用，因为它提供了一种经济有效的方式来储存多余的能量，直到需要时为止。

新的电池结构应该易于在商业规模上制造。但是研究人员说，在铝离子电池为商业应用做好准备之前，它的能量密度需要提高。尽管如此，这种新方法为更安全、更便宜、更持久、更容易有效回收的电池提供了潜力。

查询进一步信息，请访问官方网站http://spectrum.ieee.org/aluminum-battery。（Robin Zhang，产通数造）