星期三, 4月 8

新型鋁電池 充滿電僅需1分鐘

斯坦福大學研究人員已經發明了一種高性能鋁電池,這種電池能夠實現快速充電,且使用時間長,成本低。研究人員表示,這種新電池能夠成為目前所廣泛使用的鋰電池安全替代品。

“我們已經開發出了一種可充電鋁電池,它能夠替代目前正在使用的鹼性蓄電池和鋰離子電池,鹼性蓄電池會給環境造成一定破壞,而鋰離子電池有時會發生突然起火事故。”斯坦福大學化學教授Hongjie Dai表示,“我們開發出的新電池即便是你鑿穿它,也不會著火。”

成本低+安​​全

鋁是製造電池的一種天然材質,主要是因為它的成本低,不易燃燒,且儲能量高。在過去十幾年時間,研究人員曾嘗試開發一種商用鋁離子電池,但是都未成功,其中最大的挑戰就是很難找到一種能夠在經過了反复充電、放電週期後,還能提供充足電壓的材質。

一塊鋁電池包含兩個電極:由鋁離子組成的帶負電荷的陽極和陰極。“人們曾嘗試為電池陰極提供很多種不同材質。我們偶然發現,一個很簡單的解決方案就是使用石墨,它的基本構成就是碳。在我們的研究中,我們確認了幾種類型的石墨物質,它們的表現都很不錯。”

在測試電池中,斯坦福研究團隊在電池中放置了鋁陽極和石墨陰極,並在柔性聚合物加入了離子液體電解質(ionic liquid electrolyte)。

“電解質從本質上講就是鹽,只不過在常溫條件下以液體狀況存在,因此十分安全。”斯坦福研究人員Ming Gong表示。


充滿電僅需1分鐘

“相比目前應用在筆記本和手機上的鋰離子電池,鋁電池更加的安全。”Hongjie Dai表示。鋰離子電池存在火災隱患,比如,最近美國聯合航空公司、達美航空公司做出決定,禁止在乘坐乘客飛機上大量運輸鋰離子電池。

“在我們的研究中,我們展示了一段視頻:即便是你鑿穿鋁電池,它仍舊會繼續工作一會,且不會著火。”Dai表示,“但是如果鋰離子使用不當,會在空氣中,汽車裡,或者口袋裡發生著火。除了安全方面,我們還在鋁電池性能方面取得了重要突破。”

比如,超快速充電。智能手機用戶都知道,我們需要數小時間才能將一塊鋰離子電池充滿電。但是,斯坦福團隊表示,他們所開發的鋁電池充滿電的時間僅需要1分鐘。

電池壽命也是一個重要因素。其他科研實驗室開發出的鋁電池在經過了僅100次充電、放電週期後,就沒法使用了。但是斯坦福研究人員開發的鋁電池能夠持續超過7500次充電、放電週期,且不損電池蓄電能力。“這是第一款能夠達到數千次充電、放電週期的超快速充電鋁電池。”Dai 表示。

與之相對比的是,一塊常見鋰離子電池的充電週期大約在1000次左右。

“鋁電池的另一個重要特點就是可彎曲性,你可以將其完全、折疊,因此這類電池可以應用在柔性電子設備中。並且,相比較鋰金屬,鋁的成本更低。”Gong表示。

其他應用

Dai表示,除了小型電子設備之外,鋁電池還可以用來存儲輸電網絡上的可再生能量。

“輸電網絡需要一種壽命更長的電池,並且可以快速的儲存、釋放電能。”他解釋道,“我們還未發表的最新數據顯示,一塊鋁電池可以充電上萬次,很難想像一塊鋰離子能夠做到這一點。”

Dai表示,鋁電池技術同時也是一種環保解決方案,能夠替代一次性鹼性電池。他表示,"現在,很多消費者使用的是1.5 V電壓AA和AAA 電池,我們的可充電鋁電池能夠產生大約2V的電壓,這一數字高於其他鋁電池。但是,鋁電池還需要做進一步的改進才能達到了鋰離子電池電壓。”

"我們的電池產生的電壓是普通鋰離子電池的一半,但是通過改進電池陰極材質,最終會提升電池電壓和能量密度。另外,我們所開發的鋁電池還擁有一些獨一無二的優勢:成本低,安全,充電速度快,柔性,生命週期長等。”Dai表示表示。

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