技術(shù)突破：新型鋁電池充滿電僅需1分鐘

時(shí)間：2015-04-08 14:58:42 來(lái)源：作者：智能界

斯坦福大學(xué)研究人員已經(jīng)發(fā)明了一種高性能鋁電池，這種電池能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電，且使用時(shí)間長(zhǎng)，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(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種可充電鋁電池，它能夠替代目前正在使用的堿性蓄電池和鋰離子電池，堿性蓄電池會(huì)給環(huán)境造成一定破壞，而鋰離子電池有時(shí)會(huì)發(fā)生突然起火事故。”斯坦福大學(xué)化學(xué)教授Hongjie Dai表示，“我們開(kāi)發(fā)出的新電池即便是你鑿穿它，也不會(huì)著火。”

成本低+安全

鋁是制造電池的一種天然材質(zhì)，主要是因?yàn)樗某杀镜?，不易燃燒，且?chǔ)能量高。在過(guò)去十幾年時(shí)間，研究人員曾嘗試開(kāi)發(fā)一種商用鋁離子電池，但是都未成功，其中最大的挑戰(zhàn)就是很難找到一種能夠在經(jīng)過(guò)了反復(fù)充電、放電周期后，還能提供充足電壓的材質(zhì)。

一塊鋁電池包含兩個(gè)電極：由鋁離子組成的帶負(fù)電荷的陽(yáng)極和陰極。“人們?cè)鴩L試為電池陰極提供很多種不同材質(zhì)。我們偶然發(fā)現(xiàn)，一個(gè)很簡(jiǎn)單的解決方案就是使用石墨，它的基本構(gòu)成就是碳。在我們的研究中，我們確認(rèn)了幾種類型的石墨物質(zhì)，它們的表現(xiàn)都很不錯(cuò)。”

在測(cè)試電池中，斯坦福研究團(tuán)隊(duì)在電池中放置了鋁陽(yáng)極和石墨陰極，并在柔性聚合物加入了離子液體電解質(zhì)(ionic liquid electrolyte)。

“電解質(zhì)從本質(zhì)上講就是鹽，只不過(guò)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(yīng)用在筆記本和手機(jī)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(zāi)隱患，比如，最近美國(guó)聯(lián)合航空公司、達(dá)美航空公司做出決定，禁止在乘坐乘客飛機(jī)上大量運(yùn)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(huì)繼續(xù)工作一會(huì)，且不會(huì)著火。”Dai表示，“但是如果鋰離子使用不當(dāng)，會(huì)在空氣中，汽車?yán)铮蛘呖诖锇l(fā)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(jī)用戶都知道，我們需要數(shù)小時(shí)間才能將一塊鋰離子電池充滿電。但是，斯坦福團(tuán)隊(duì)表示，他們所開(kāi)發(fā)的鋁電池充滿電的時(shí)間僅需要1分鐘。

電池壽命也是一個(gè)重要因素。其他科研實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出的鋁電池在經(jīng)過(guò)了僅100次充電、放電周期后，就沒(méi)法使用了。但是斯坦福研究人員開(kāi)發(fā)的鋁電池能夠持續(xù)超過(guò)7500次充電、放電周期，且不損電池蓄電能力。“這是第一款能夠達(dá)到數(shù)千次充電、放電周期的超快速充電鋁電池。”Dai 表示。

與之相對(duì)比的是，一塊常見(jiàn)鋰離子電池的充電周期大約在1000次左右。

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

其他應(yīng)用

Dai表示，除了小型電子設(shè)備之外，鋁電池還可以用來(lái)存儲(chǔ)輸電網(wǎng)絡(luò)上的可再生能量。

“輸電網(wǎng)絡(luò)需要一種壽命更長(zhǎng)的電池，并且可以快速的儲(chǔ)存、釋放電能。”他解釋道，“我們還未發(fā)表的最新數(shù)據(jù)顯示，一塊鋁電池可以充電上萬(wàn)次，很難想象一塊鋰離子能夠做到這一點(diǎn)。”

Dai表示，鋁電池技術(shù)同時(shí)也是一種環(huán)保解決方案，能夠替代一次性堿性電池。他表示，"現(xiàn)在，很多消費(fèi)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(chǎn)生大約2V的電壓，這一數(shù)字高于其他鋁電池。但是，鋁電池還需要做進(jìn)一步的改進(jìn)才能達(dá)到了鋰離子電池電壓。”

"我們的電池產(chǎn)生的電壓是普通鋰離子電池的一半，但是通過(guò)改進(jìn)電池陰極材質(zhì)，最終會(huì)提升電池電壓和能量密度。另外，我們所開(kāi)發(fā)的鋁電池還擁有一些獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì):成本低，安全，充電速度快，柔性，生命周期長(zhǎng)等。”Dai表示。

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