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技術(shù)突破:新型鋁電池充滿電僅需1分鐘

時間:2015-04-08 14:58:42 來源: 作者: 智能界

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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(jīng)開發(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,堿性蓄電池會給環(huán)境造成一定破壞,而鋰離子電池有時會發(fā)生突然起火事故。”斯坦福大學(xué)化學(xué)教授Hongjie Dai表示,“我們開發(fā)出的新電池即便是你鑿穿它,也不會著火。”

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(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電極:由鋁離子組成的帶負(fù)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(zhì)。我們偶然發(fā)現(xiàn),一個很簡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。”

在測試電池中,斯坦福研究團(tuán)隊在電池中放置了鋁陽極和石墨陰極,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(xù)工作一會,且不會著火。”Dai表示,“但是如果鋰離子使用不當(dāng),會在空氣中,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。智能手機用戶都知道,我們需要數(shù)小時間才能將一塊鋰離子電池充滿電。但是,斯坦福團(tuán)隊表示,他們所開發(fā)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(fā)出的鋁電池在經(jīng)過了僅100次充電、放電周期后,就沒法使用了。但是斯坦福研究人員開發(fā)的鋁電池能夠持續(xù)超過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。

與之相對比的是,一塊常見鋰離子電池的充電周期大約在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(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。
 
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其他應(yīng)用

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

“輸電網(wǎng)絡(luò)需要一種壽命更長的電池,并且可以快速的儲存、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次,很難想象一塊鋰離子能夠做到這一點。”

Dai表示,鋁電池技術(shù)同時也是一種環(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,但是通過改進(jìn)電池陰極材質(zhì),最終會提升電池電壓和能量密度。另外,我們所開發(fā)的鋁電池還擁有一些獨一無二的優(yōu)勢:成本低,安全,充電速度快,柔性,生命周期長等。”Dai表示。
 
 

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