鉅大LARGE | 點擊量：757次 | 2021年08月08日
1分鐘洋溢電！華人發(fā)明超強鋁離子電池
斯坦福大學的科學家們發(fā)明了第一批快速充電、更持久且更廉價的高性能鋁電池。研究人員表示這一最新科技供應了今朝普遍使用的很多商業(yè)電池的更安全替代品。
我們研發(fā)了一種可充電的鋁電池，它可以取代現(xiàn)有的存儲設備，例如對環(huán)境有害的堿性電池，或者有著火風險的鋰離子電池。斯坦福大學化學教授戴宏杰(HongjieDai)這樣說道。我們研發(fā)的最新電池不會著火，哪怕你鉆透電池。
戴和他的同事的這項創(chuàng)新性鋁離子電池研究被發(fā)表在四月六日的期刊《自然》上。鋁成本低，可燃性低，且具有高電荷存儲能力，因此一直是用作電池頗具吸引力的材料。在過去幾十年，研究人員致力于研發(fā)商業(yè)可行的鋁離子電池，卻一直以失敗告終。其中面對的一個緊要挑戰(zhàn)便是找到在經(jīng)歷了反復充電和放電后仍能夠出現(xiàn)足夠電壓的材料。
鋁離子電池組含兩個電極：一個由鋁制成的帶負電陽極和一個帶正電石墨陰極。
人們嘗試過不同的材料用作陰極，戴說道。我們意外的發(fā)現(xiàn)這個問題的簡單處理方法便是使用石墨，石墨本質(zhì)上就是碳。在我們的研究里，我們發(fā)現(xiàn)了一些類型的石墨材料可以出現(xiàn)非常好的特性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
斯坦福研究小組將試驗性的電池安裝了鋁陽極和石墨陰極，同時在一個靈活的聚合物包裹的口袋里裝滿離子液體電解質(zhì)。這個電解質(zhì)其實就是室溫下的液態(tài)鹽，因此它非常安全。
研究合作作者、斯坦福大學研究生龔明(MingGong)這樣說道。鋁電池比傳統(tǒng)的鋰離子電池更加安全，后者被廣泛用于上百萬臺筆記本電腦和手機里，戴補充說道。鋰離子電池可能是火災災害。
例如，戴提到了美國和達美公司近期決定禁止向客機運輸大量鋰離子電池。在我們的研究里，視頻顯示你鉆透了鋁電池的口袋后它還能夠持續(xù)工作一段時間且不會著火。戴說道。相比之下，鋰離子電池很可能以無法預料的方式著火在空中，在汽車里或者在你的口袋里。
除了安全問題，我們還在鋁電池性能方面取得了重大的沖破性進展。其中一個例子便是超快充電。智能手機用戶都了解鋰離子電池充電要數(shù)小時，但斯坦福研究小組表示利用(他們的)鋁電池模型，電池充電時間急劇減少至一分鐘。
耐用性是另外一個緊要因素。其它試驗室研發(fā)的鋁電池在100次充電-放電循環(huán)后就壽終正寢了。但斯坦福小組研發(fā)的電池在經(jīng)歷7500次充電-放電循環(huán)后仍保證電池性能不下降或丟失。這是首次研發(fā)經(jīng)歷上千次循環(huán)后仍保持穩(wěn)定性的超快鋁離子電池。
研究作者這樣寫道。相比之下，典型的鋰離子電池只能維持1000次充電-放電循環(huán)。鋁電池的另一個特點便是靈活性。龔說道。你可以彎曲或者折疊它，因此它具有使用于柔性電子設備(flexibleelectronicdevices)的潛力。此外，鋁還是比鋰更廉價的金屬。
除了小型電子設備，鋁電池還可被用于電網(wǎng)里存儲可再生能源。電網(wǎng)要具有較長循環(huán)壽命的電池以快速存儲和釋放能量，戴解釋道。
我們最新未發(fā)表的數(shù)據(jù)顯示鋁電池可以被再充電上萬次。很難想象為了電網(wǎng)存儲而建造一個巨大的鋰離子電池。鋁離子技術(shù)還能夠供應一次性堿性電池的更環(huán)境友好的替代產(chǎn)品。上百萬名消費者使用1.5伏的AA和AAA電池，我們的可充電鋁電池可以出現(xiàn)2伏電壓。這比任何鋁電池可以出現(xiàn)的電壓都要高。但戴表示還要更多改進以實現(xiàn)與鋰離子電池的電壓相匹配。
我們的電池只能達到典型鋰離子電池電壓的一半，但改進陰極材料應當可以最終新增電壓和能量密度。這樣的話，我們創(chuàng)造的電池將滿足你設想的電池的一切特性：不昂貴的電極、安全、高速充電、靈活和較長壽命。我已經(jīng)看到了這類新電池的雛形，這真是令人興奮。
這項研究其它研究學者還包括來自工業(yè)技術(shù)研究院的訪問科學家林夢昌(Meng-ChangLin)、湖南大學的盧炳安(binganLu)和博士后學者吳英鵬(YingpengWu)。
其它作者包括斯坦福大學的王遞延(Di-YanWang)、關(guān)明云(MingyunGuan),邁克爾安吉爾(MichaelAngell)、陳長鑫(ChangxinChen)和楊江(JiangYang);以及國立師范大學的黃冰喬(bing-JoeHwang)。
這項研究得到了美國能源部、工業(yè)技術(shù)研究院、斯坦福大學全球氣候和能源項目、斯坦福普雷科特能源研究所和教育部的支持。
