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仅用60秒就能充满电的“铝电池”研发成功
2015-05-11 16:48:09   来源:   评论:0 点击:

美国华人科学家研制出首款可商业应用的高性能铝电池,其充电更快、寿命更长而且还很便宜,使用这种电池的智能手机充满电仅需一分钟。新型电
美国华人科学家研制出首款可商业应用的高性能铝电池,其充电更快、寿命更长而且还很便宜,使用这种电池的智能手机充满电仅需一分钟。新型电池可取代目前广泛使用但仍有不足的锂离子电池和碱性电池。相关研究发表在《自然》杂志网络版上。
  因铝电池具有成本低廉、不容易燃烧且有很高电荷存储容量等优点,研究人员数十年来试图研制出经济可行的铝离子电池,但一直未获成功,其中关键的挑战在于找到合适的正极材料和电解液材料,让铝电池在不断充放电循环后仍能产生有效电压。
  该研究的领导者、斯坦福大学化学教授戴宏杰说:“人们尝试多种正极材料,但效果差强人意。我们无意中发现了一种新型石墨材料,其拥有极佳的性能,可用做电池的正极。”研究人员在实验中将由铝制成的负极和由石墨组成的正极,再加上离子液体电解液,置于一个由柔性高分子包裹的铝箔软包内制造出这款电池。该研究合作者龚明(音译)表示:“电解液基本上就是室温状态下的液体盐,因此,整个系统非常安全。”新研制的可充电铝电池比传统锂离子电池更加安全,锂离子电池可能会爆炸,为了防患于未然,美国联合航空和达美航空公司最近就禁止民航飞机托运大块的锂电池,而铝电池则不会爆炸。另一方面,目前配备锂离子电池的智能手机充电可能需数小时,但使用这种铝电池,为手机充满电只需一分钟。
铝电池真的能取代锂电池吗?能量密度问题怎么破?
  另外,新电池的寿命也很长。其他实验室研制的铝电池只能充放电100次,一般的锂离子电池最多也只能充放电1000次,而新的铝电池在经过7500次充放电循环后容量毫无损失。研究人员表示,“这是第一次研制出这种超快,且在经过数千次充放电循环‘折磨’后还能安然无恙的铝离子电池。”
  戴宏杰表示,新电池的另一个特征是其身段柔软,你能让其弯曲也能将其折起来,因此,有用于柔性电子设备的潜力。另外,这种电池也能取代会污染环境的碱性电池,而且铝电池也比锂电池便宜。”除了用于小型电子设备,这种铝电池还能被用来存储电网内的可再生能源。戴宏杰解释说:“电网需要寿命长且能快速充放电的电池,我们的铝电池是完美的选择。”

  不过,新铝电池产生的电压仅为传统锂电池的一半,戴宏杰希望能通过提升正极材料的性能,最终提高铝电池的电压并增加能量密度。 


  当今世界,不论是智能手机、平板电脑等移动终端,还是电动自行车等等,都离不开锂电池。然而,锂电池却有着尺寸、重量的问题,同时也潜藏着火、爆炸的危险性。世界上有许多研究者都在努力探索能够代替锂电池的有效方法,而美国斯坦福大学的研究小组率先研发成功了。其研究成果“铝电池”,不管是充电速度、耐久力、制造成本还是安全性,均优于现今普遍使用的锂电池、。

  下图拍摄的银色片状物体就是铝电池,由铝制的阳极和石墨制的阴极所构成。斯坦福大学戴宏杰教授率领的研究小队对外发表称,以铝电池取代现有的锂电池和碱电池成为可能。

  

  铝电池是使用液态离子作为电解液的软电池,即使在通上电的情况下折叠弯曲,也不用担心有着火的危险。这有可能安全有效解决锂电池屡次引发智能手机着火和爆炸问题。

  

  只要将铝电池连接到智能手机上,就立即开始充电了。锂电池在进行过大约1000次的充电放电循环之后,电池的性能开始下降,而铝电池即使在进行了7500次左右的充放电之后,也不会有电池容量变小等问题。

  

  为测试电池的安全性,实验人员用电钻对铝电池进行钻洞等实验。结果显示,铝电池的温度并没有急剧上升,充分证明了电池的安全性。虽然现阶段一片铝电池的电容量只相当于一节干电池,但是可以60秒就将电充满。由于铝电池的制造成本能够保持在很低的水平,所以随着今后实用化的推进,铝电池很有可能取代锂电池的地位。届时,哪怕是“软绵绵可弯曲的智能手机”也能够实现了。

  

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