少量盐分可提升铝电池性能

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电动汽车（EVs）和绿色能源在很大程度上依赖电池来储存电力。目前，全球超过75%的储能依赖含锂的电池，锂是一种昂贵的矿物，价格波动较大。锂离子（Li - ion）电池本身也可能不稳定，因为它们使用的是一种易燃的电解质，在过度充电时可能起火。

现在，一个来自北京的科学家团队认为铝提供了一种更好的解决方案。铝是地壳中储量第三丰富的矿物，成本约为锂的四分之一（https://www.batterytechonline.com/materials/earth-abundant-elements-like-aluminum-could-replace-lithium-in-batteries）。如果构建合理，铝基电池可能比那些不稳定的电池具有更长的使用寿命，并且设计更安全、更具可持续性。由北京理工大学和北京科技大学的科学家领导的这个团队已经找到了一种稳定铝电池的方法，这种电池的使用寿命可以长得多。

铝离子（Al - ion）电池多年来一直是研究课题。但之前的尝试通常使用离子液体电解质，这可能导致阳极腐蚀，特别是在潮湿条件下。其他研究人员使用了介于液态和固态之间的凝胶聚合物电解质，但这些电解质往往导电性较低。这个研究团队采用了不同的方法，他们向含有铝离子的液体电解质中加入少量盐——即一种惰性的氟化铝盐，从而制造出一种固态电解质。

实际上，不只是少量盐。这种盐具有多孔的三维结构，这使其能像刚性海绵一样吸收并稳定液体，但仍然能让离子更自由地移动。这提高了材料的导电性，结果得到了一种不会泄漏的固态复合材料。研究人员还在电极上涂覆了一层薄薄的材料，这有助于防止铝晶体的形成，因为铝晶体的形成会随着时间的推移降低电池性能。

北京科技大学电化学工程教授Shuqiang Jiao说：“我们的研究表明，一种稳定的、可回收的固态电解质可以通过解决腐蚀、安全和长循环寿命等问题来改进铝离子电池，使其成为锂基电池的潜在替代品。”

铝的优势

研究人员的测试表明，由此产生的电池设计可以拥有极长的寿命，在10000次充/放电循环后，电池仍能保持其初始容量的99%。相比之下，一个典型的锂离子电池在300到500次循环后（取决于具体条件）只能保持其充电容量的80%。

这种固态电解质也比使用液态电解质的典型锂离子电池设计更安全。它不会像使用液态电解质的传统电池那样发生泄漏，所以研究人员的铝离子电池在遭受多次穿刺损坏（甚至被完全穿透）时仍能正常工作。这些电池还在高达200摄氏度的温度下进行了测试；尽管有高温，输出电压几乎相同，而且电池没有过度膨胀或变形。

除了这些性能优势之外，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多达80%的氟化铝盐，并且他们预测在工业规模上回收率会更高。固态铝箔经过简单的表面清洁后也可以重复使用。因此，整个设计有利于组件的高效回收。

一种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的研究副总裁Jennifer Kent表示：“延长电池寿命并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防。例如，续航里程是购买电动汽车的首要障碍，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者续航里程有限。”更便宜的电池还可以通过提供一种具有成本效益的方式来储存多余的能量以备不时之需，从而在推动风能和太阳能等可持续能源的使用方面发挥重要作用。

研究人员称，这种新的电池结构应该很容易进行商业规模的制造。但是在铝离子电池准备好用于商业应用之前，其能量密度需要得到提高。尽管如此，这种新方法为制造更安全、更便宜、更持久且更易于高效回收的电池提供了潜力。