斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)明了第一批快速充電、更持久且更廉價的高性能鋁電池。研究人員表示這一最新科技供應(yīng)了現(xiàn)在普遍使用的很多商業(yè)電池的更安全替代品。

我們研發(fā)了一種可充電的鋁電池，它可以取代現(xiàn)有的存儲設(shè)備，例如對環(huán)境有害的堿性電池，或者有著火風(fēng)險的鋰離子電池。斯坦福大學(xué)化學(xué)教授戴宏杰(HongjieDai)這樣說道。我們研發(fā)的最新電池不會著火，哪怕你鉆透電池。

戴和他的同事的這項創(chuàng)新性鋁離子電池研究被發(fā)表在四月六日的期刊《自然》上。鋁成本低，可燃性低，且具有高電荷存儲能力，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。其中面對的一個重要挑戰(zhàn)便是找到在經(jīng)歷了反復(fù)充電和放電后仍能夠出現(xiàn)足夠電壓的材料。

鋁離子電池包含兩個電極：一個由鋁制成的帶負電陽極和一個帶正電石墨陰極。

人們嘗試過不同的材料用作陰極，戴說道。我們意外的發(fā)現(xiàn)這個問題的簡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出現(xiàn)非常好的特性。

斯坦福研究小組將實驗性的電池安裝了鋁陽極和石墨陰極，同時在一個靈活的聚合物包裹的口袋里裝滿離子液體電解質(zhì)。這個電解質(zhì)其實就是室溫下的液態(tài)鹽，因此它非常安全。

研究合作作者、斯坦福大學(xué)研究生龔明(MingGong)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筆記本電腦和手機里，戴補充說道。鋰離子電池可能是火災(zāi)災(zāi)害。

例如，戴提到了美國和達美特種公司近期決定禁止向客機運輸大量鋰離子電池。在我們的研究里，視頻顯示你鉆透了鋁電池的口袋后它還能夠繼續(xù)工作一段時間且不會著火。戴說道。相比之下，鋰離子電池很可能以無法預(yù)料的方式著火在空中，在汽車里或者在你的口袋里。

除了安全問題，我們還在鋁電池性能方面取得了重大的突破性進展。其中一個例子便是超快充電。智能手機用戶都了解鋰離子電池充電要數(shù)小時，但斯坦福研究小組表示利用(他們的)鋁電池模型，電池充電時間急劇減少至一分鐘。

耐用性是另外一個重要因素。其它實驗室研發(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。這是首次研發(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)。鋁電池的另一個特點便是靈活性。龔說道。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(flexibleelectronicdevices)的潛力。此外，鋁還是比鋰更廉價的金屬。

除了小型電子設(shè)備，鋁電池還可被用于電網(wǎng)里存儲可再生能源。電網(wǎng)要具有較長循環(huán)壽命的電池以快速存儲和釋放能量，戴解釋道。

我們最新未發(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)存儲而建造一個巨大的鋰離子電池。鋁離子技術(shù)還能夠供應(yīng)一次性堿性電池的更環(huán)境友好的替代產(chǎn)品。上百萬名消費者使用1.5伏的AA和AAA電池，我們的可充電鋁電池可以出現(xiàn)2伏電壓。這比任何鋁電池可以出現(xiàn)的電壓都要高。但戴表示還要更多改進以實現(xiàn)與鋰離子電池的電壓相匹配。

我們的電池只能達到典型鋰離子電池電壓的一半，但改進陰極材料應(yīng)該可以最終新增電壓和能量密度。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。

這項研究其它研究學(xué)者還包括來自臺灣工業(yè)技術(shù)研究院的訪問科學(xué)家林夢昌(Meng-ChangLin)、湖南大學(xué)的盧炳安(BinganLu)和博士后學(xué)者吳英鵬(YingpengWu)。

其它作者包括斯坦福大學(xué)的王遞延(Di-YanWang)、關(guān)明云(MingyunGuan),邁克爾安吉爾(MichaelAngell)、陳長鑫(ChangxinChen)和楊江(JiangYang);以及臺灣國立師范大學(xué)的黃冰喬(Bing-JoeHwang)。

這項研究得到了美國能源部、臺灣工業(yè)技術(shù)研究院、斯坦福大學(xué)全球氣候和能源項目、斯坦福普雷科特能源研究所和臺灣教育部的支持。