斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)明了第一批快速充電,、更持久且更廉價(jià)的高性能鋁電池,。研究人員表示這一最新科技提供了現(xiàn)在普遍使用的很多商業(yè)電池的更安全替 代品,?！拔覀冄邪l(fā)了一種可充電的鋁電池,，它可以取代現(xiàn)有的存儲(chǔ)設(shè)備，例如對(duì)環(huán)境有害的堿性電池,，或者有著火風(fēng)險(xiǎn)的鋰離子電池,。”斯坦福大學(xué)化學(xué)教授戴宏杰 （Hongjie Dai）這樣說道,?！拔覀冄邪l(fā)的最新電池不會(huì)著火，哪怕你鉆透電池,?！?/p>
戴和他的同事的這項(xiàng)創(chuàng)新性鋁離子電池研究被發(fā)表在4月6日的期刊《自然》上。鋁成本低,，可燃性低,，且具有高電荷存儲(chǔ)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,。其中面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)便是找到在經(jīng)歷了反復(fù)充電和放電后仍能夠產(chǎn)生足夠電壓的材料,。
鋁離子電池包含兩個(gè)電極：一個(gè)由鋁制成的帶負(fù)電陽極和一個(gè)帶正電石墨陰極?！叭藗儑L試過不同的材料用作陰極,，”戴說道?！拔覀円馔獾陌l(fā)現(xiàn)這個(gè)問題的簡(jiǎn)單 解決辦法便是使用石墨,，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產(chǎn)生非常好的特性,?！彼固垢Ｑ芯啃〗M將實(shí)驗(yàn)性的電池安裝了鋁 陽極和石墨陰極，同時(shí)在一個(gè)靈活的聚合物包裹的口袋里裝滿離子液體電解質(zhì),?！斑@個(gè)電解質(zhì)其實(shí)就是室溫下的液態(tài)鹽，因此它非常安全,?！毖芯亢献髯髡摺⑺固垢? 大學(xué)研究生龔明（Ming Gong）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(tái)筆記本電腦和手機(jī)里，戴補(bǔ)充說道,?！颁囯x子電池可能是火災(zāi)災(zāi)害?！?/p>
例如,，戴提到了美國和達(dá)美航空公司近期決定禁止向客機(jī)運(yùn)輸大量鋰 電池?！霸谖覀兊难芯坷?，視頻顯示你鉆透了鋁電池的口袋后它還能夠繼續(xù)工作一段時(shí)間且不會(huì)著火?！贝髡f道,。“相比之下,，鋰電池很可能以無法預(yù)料的方式著火 ——在空中,，在汽車?yán)锘蛘咴谀愕目诖铩３税踩珕栴},，我們還在鋁電池性能方面取得了重大的突破性進(jìn)展,。”其中一個(gè)例子便是超快充電,。智能手機(jī)用戶都知道 鋰離子電池充電需要數(shù)小時(shí),，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(shí)間急劇減少至一分鐘”,。耐用性是另外一個(gè)重要因素,。其它實(shí)驗(yàn)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,?！斑@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)?！颁X電池的另一個(gè) 特征便是靈活性?！饼徴f道,。“你可以彎曲或者折疊它,，因此它具有應(yīng)用于柔性電子設(shè)備（flexible electronic devices）的潛力,。此外，鋁還是比鋰更廉價(jià)的金屬,?！?/p>
除了小型電子設(shè)備，鋁電池還可被用于電網(wǎng)里存儲(chǔ)可再生能源,?！半娋W(wǎng)需要具有較長循環(huán)壽命的電池以快速存儲(chǔ)和釋放能量，”戴解釋道,?！拔覀冏钚挛窗l(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(chǔ)而建造一個(gè)巨大的鋰離子電池,?！变X離子技術(shù)還能夠提供一次性堿性電池的更環(huán)境友好的替代產(chǎn)品?！吧? 百萬名消費(fèi)者使用1.5伏的AA和AAA電池,，我們的可充電鋁電池可以產(chǎn)生2伏電壓。這比任何鋁電池可以產(chǎn)生的電壓都要高,?！钡鞅硎具€需要更多改進(jìn)以實(shí) 現(xiàn)與鋰離子電池的電壓相匹配?！拔覀兊碾姵刂荒苓_(dá)到典型鋰電池電壓的一半,，但改進(jìn)陰極材料應(yīng)該可以最終增加電壓和能量密度。這樣的話,，我們創(chuàng)造的電池將滿 足你設(shè)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?！?/p>
這項(xiàng)研究其它研究學(xué)者還包括來自臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院的訪問科學(xué)家林夢(mèng)昌（Meng-Chang Lin）,、湖南大學(xué)的盧炳安（Bingan Lu ）和博士后學(xué)者吳英鵬（Yingpeng Wu）。其它作者包括斯坦福大學(xué)的王遞延（Di-Yan Wang）,、關(guān)明云（Mingyun Guan）, 邁克爾·安吉爾（Michael Angell）,、陳長鑫（ Changxin Chen）和楊江（ Jiang Yang）；以及臺(tái)灣國立師范大學(xué)的黃冰喬（Bing-Joe Hwang）,。這項(xiàng)研究得到了美國能源部,、臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院、斯坦福大學(xué)全球氣候和能源項(xiàng)目,、斯坦福普雷科特能源研究所和臺(tái)灣教育部的支持,。
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