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一种更环保的新概念电池

新概念电池的阳极和阴极分别由铝和蒽醌基有机材料制成。这种有机阴极材料能有效地储存一种铝和氯基电解液中的正电荷载流子(阳离子),离子在电解液中往返于正负电极,形成电流。 (图片来源:查尔姆斯工学院)

一种新概念铝电池不仅拥有以往两倍的能量密度,而且原材料供应充沛,可降低生产成本和对环境的影响,由瑞典查尔姆斯工学院和斯洛文尼亚国家化学研究所的研究人员提出,有望实现大规模应用,包括存储太阳能和风能。

铝电池技术有理论能量密度高、相关制造和回收行业健全等诸多优势。与现有的锂离子电池相比,新概念铝电池还可显著降低生产成本。

查尔姆斯工学院物理系教授Patrik Johansson表示,“新型电池所设想的物料和环境成本远低于当前水平,能实现大规模应用,例如建设太阳能电池公园或储存风能。”

“此外,这种新型铝电池的能量密度是目前最先进的两倍。”

以往的铝电池都使用铝作阳极(负电极),石墨作阴极(正电极)。但石墨的能量含量过低,不足以制造出高性能电池。

然而,在Patrik Johansson及其查尔姆斯工学院同事和Robert Dominko领导的斯洛文尼亚国家化学研究所研究团队共同提出的新概念中,一种由碳基分子蒽醌制成的有机纳米结构阴极取代了原来的石墨作为阴极。

斯洛文尼亚国家化学研究所的原查尔姆斯工学院客座研究员Jan Bitenc对这种蒽醌阴极已进行深入开发。

该阴极材料中的有机分子胜在能储存电解质中的正电荷载流子(阳离子),提高电池能量密度。

研究电池能量存储内在机制的查尔姆斯工学院研究人员Niklas Lindahl表示,“新型阴极材料能使电池采用更合适的载流子,进而更充分地利用铝的潜能。现在,我们正在持续推进研究工作,寻找更好的电解液,希望能去除目前溶液中所含的氯。”

迄今为止,铝电池尚未商业化,即使在研究领域也属于相对较新的话题。人们关心的是铝电池能否最终取代锂离子电池。

Patrik Johansson表示,“我们希望铝电池能取代锂离子电池。但更重要的是,在确保锂离子电池只在必要时使用的前提下,它们可以互补。截至目前,铝电池的能量密度仅为锂离子电池的一半,但我们的长期目标是二者达到相同的能量密度。电解液和充电机制仍有改进空间。理论上,铝是比锂更好的载流子,因为铝是多价金属元素,意味着每个离子都可“补偿”多个电子。此外,铝电池有望大幅减少对环境的危害。”

研究成果发表在《储能材料》杂志上。

翻译:巢栩嘉

引进来源:查尔姆斯理工大学

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