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用噱頭,但鋁離子電池是否是希望?

鉅大LARGE  |  點擊量:6091次  |  2018年06月02日  

摘要
正如發明者所說,現在只是有一個好的雛形,可能發展出理想的電池。鋁比鋰便宜的多,石墨也不貴,只要鋁離子電池在能量密度,功率密度等指標追平鋰離子電池,靠其他技術指標的優勢和成本就能完全替代鋰離子電池。那我們的世界真的就被改變了。

  昨天,一則湖南大學教授研發出鋁離子電池的新聞出現在各大媒體。

  在報道中,稱湖南大學的教授在著名科學雜志上發表論文,研發出充電快,循環壽命長的鋁離子電池,將會改變世界云云。有意思的是,同一天,還有一條新聞說美國斯坦福大學也研發出鋁離子電池,也是快速充電壽命長,這是怎么回事?到底是誰做的?這個東西靠譜嗎?真的能改變我們的世界嗎?。

  鋁離子電池,噱頭還是希望?

  到底是誰做的?

  中國這邊的新聞是:國際頂級學術刊物《自然》在線發表了該校物理與微電子科學學院魯兵安副教授等人作為“第一作者”的論文《快速充放電鋁離子電池》?!蹲匀弧冯s志認為該研究成果,首次實現了可充電鋁離子液體電池,這有望為國際電池產業帶來革命性變化。

  魯兵安說,過去使用鋰電池的手機需要1個小時才能完成的充電量,鋁電池只需1分鐘即可完成。今后,鋁電池充電1小時,手機使用3、4天將不再是假想。

  而斯坦福的信息是華人教授HongjieDai和他的同事的這項創新性鋁離子電池研究被發表在4月6日的期刊《自然》上。

  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,”而斯坦福的研究小組意外的發現這個問題的簡單解決辦法便是使用石墨,石墨本質上就是碳。一些類型的石墨材料可以產生非常好的特性?!彼固垢Q芯啃〗M將實驗性的電池安裝了鋁陽極和石墨陰極,電解質其實就是室溫下的液態鹽,因此它非常安全。我們的可充電鋁電池可以產生2伏電壓。這比任何鋁電池可以產生的電壓都要高?!钡俏覀兊碾姵刂荒苓_到典型鋰電池電壓的一半,如果改進陰極材料應該可以最終增加電壓和能量密度。這樣的話,我們創造的電池將滿足你設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。我已經看到了這類新電池的雛形,這真是令人興奮?!卑l明人戴教授說。

  這項研究其它研究學者還包括來自臺灣工業技術研究院的訪問科學家林夢昌(Meng-ChangLin)、湖南大學的盧炳安(BinganLu)和博士后學者吳英鵬(YingpengWu)。其它作者包括斯坦福大學的王遞延(Di-YanWang)、關明云(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的黃冰喬(Bing-JoeHwang)。這項研究得到了美國能源部、臺灣工業技術研究院、斯坦福大學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。

  對比兩個報道,我們可以看出,這個項目其實是美國能源部等機構提供資源的綜合研究項目,湖南大學的魯教授只是研究學者之一。這還是一個美國的科研項目,而不是湖南大學的,國內傳播頗有標題黨的嫌疑。

  鋁離子電池,噱頭還是希望?

  鋁離子電池技術突破在哪?

  其實鋁電池很早就被人們認為有一定發展前途在進行研究,因為其能量密度的潛力很大。但是到目前為止,鋁電池還只是被當做金屬燃料電池使用,不充電,而是換鋁電極來補電。前一段什么跑幾百公里的鋁電池汽車說的就是這個東西。

  鋁電池不用做充電電池,一方面是循環壽命差,一方面是充電速度太慢,不實用。還有一個致命缺點是電解液里面的鋁離子不穩定,很容易發生化學反應帶來危險。這些弱點讓鋁電池一直沒有實用化。

  而從論文的信息看,斯坦福的這個項目發展了一種特殊的石墨負極材料,能快速充電。新聞中沒明確說是石墨烯,但是這幾年已經有了很多用石墨烯材料做負極,改善鋰電池充電速度的新聞,西班牙一家大學甚至已經做到了裝車測試的地步。

  不過,大部分石墨烯負極的循環壽命很短,斯坦福這個7500次不衰減簡直就是奇跡。如果數據是真的,說明在材料上有了突破。此外,斯坦福也找到了一種合適的電解液,能夠保證電池安全,如果戴博士沒說謊的話,這種電池要比鋰離子電池還要安全,這是很難得。所以,這個鋁離子電池實際上進步在材料上,新的負極和新的電解液制造出來了性能理想的鋁離子電池。

  距離實用有多遠?

  我們注意到,發明人也說這種電池是雛形,而非成品,這說明問題還很多。鋁電池本來理論容量很高,但是發明者卻說要進一步增加能量密度,這說明至少試驗品能量密度是不足的,而鋁電池的功率密度本來也很差,電壓也不高,這會限制其使用范圍。雖然循環次數喜人,充電速度喜人,但是電量差,功率差,很多地方用不了。譬如電池體積要求高的手機。

  不過在電動車,特別是電動公交車上,這種長壽命快充電的電池還是很有前途的。除了技術問題以外,從實驗室到量產也需要很長的過程,生產線如何建立,品質如何控制,新材料如何保持一致性都要解決。

  正如發明者所說,現在只是有一個好的雛形,可能發展出理想的電池。鋁比鋰便宜的多,石墨也不貴,只要鋁離子電池在能量密度,功率密度等指標追平鋰離子電池,靠其他技術指標的優勢和成本就能完全替代鋰離子電池。那我們的世界真的就被改變了。

  目前,鋁離子電池還只是噱頭,而未來它將是人類新能源的希望。

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