在電池方面，金錢是一個很大的推動力量。鋰是當(dāng)今筆記本電腦，電動汽車和電網(wǎng)蓄電池的主要成分。但鋰價在過去一年里漲了兩倍多。超輕金屬徘徊在每公噸20,000美元左右。相比之下，鋁-更豐富和可用的成本約為每公噸2,200美元。研究人員正在尋求用鋁取代鋰，這難道不是一個奇跡么？

超越鋰電池？

鋰電池在可再充電電池使用方面的成本超出其他成本。理想地，例如，電池的陽極可以由薄的鋰金屬箔制成。這在放電期間提供了最大數(shù)量的鋰離子，增加了電池功率和容量。然而，當(dāng)電池充電時，金屬箔上的鋰離子形成尖銳的晶體結(jié)構(gòu)，稱為樹枝狀晶體。這些樹枝狀晶體可能會變大，導(dǎo)致電池短路-可能引發(fā)火災(zāi)。為了避免枝晶生長，陽極由石墨制成，可以在其層之間保持鋰離子（一種稱為插層的過程）。石墨陽極不能像金屬箔那樣釋放盡可能多的鋰離子。它會降低電池性能，但更安全。

那么鋁呢？它是地殼中最豐富的金屬。當(dāng)作為電池中的陽極使用時，鋁放電時釋放三個電子，與鋰釋放的單一電子相比。鋁在充電過程中也不會形成樹枝晶。當(dāng)然，它不如簡單地用一種金屬代替另一種金屬那么容易。

更多的細(xì)節(jié)

在鋰離子電池中，移動離子只是帶正電的鋰（Li+）。在鋁離子電池中，鋁與電解液中的氯形成絡(luò)合物，從而形成兩種可移動的離子電荷載體AlCl4-和Al2Cl7-。在放電期間，這些氯鋁酸根陰離子從鋁金屬陽極穿過電解質(zhì)到達(dá)石墨陰極。在陰極處，陰離子通過插入嵌入石墨層之間。當(dāng)電池充電時，陰離子通過電解質(zhì)返回并沉積在金屬鋁上。

用于鋁離子電池的電解質(zhì)提供了挑戰(zhàn)。它是由有機(jī)和無機(jī)氯化物混合而成的離子液體。由此產(chǎn)生的電解液非常具有侵蝕性，會腐蝕所有金屬，包括不銹鋼，金和鉑。這種腐蝕性使鋁離子電池的導(dǎo)電部件非常容易受到損壞，這些部件用于將電子從電池中取出并送回電池。

增強(qiáng)保護(hù)

瑞士蘇黎世Eidgen?ssischeTechnischeHochschule（ETH）的研究人員已開發(fā)出可用于鋁離子電池的耐腐蝕涂層材料。陶瓷材料是氮化鈦陶瓷。根據(jù)ETH新聞稿，該材料具有足夠高的導(dǎo)電率，可用作電池的導(dǎo)電部件。或者，它可以用薄膜制成，在其他材料上形成保護(hù)涂層。

在ETH發(fā)布中，功能無機(jī)材料教授MaksymKovalenko表示：“氮化鈦的潛在應(yīng)用不限于鋁電池。該材料也可用于其他類型的電池;例如基于鎂或鈉的電池或高壓鋰離子電池。“

瑞士銀行

防腐蝕性不是ETHZürich工作的鋁離子電池的唯一方面。鋁制電池通常使用由石墨制成的陰極。但是在石墨層中大量存在的氯鋁酸根陰離子會導(dǎo)致陰離子結(jié)構(gòu)的扭曲。這促使人們尋找其他陰極材料。

ETH已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，稱為聚芘的導(dǎo)電聚合物至少存儲與在鋁離子電池中的石墨陰極相同量的能量。ETH研究人員還發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯中碳?xì)渚酆衔镦湹臒o序排列為更好的電池提供了必要條件。“分子鏈之間仍有很多空間，”Kovalenko解釋說。“這使得電解質(zhì)流體的相對較大的離子能夠很容易地滲入并給電極材料充電，”他補(bǔ)充說。聚芘電極既靈活又適應(yīng)性強(qiáng)。科學(xué)家可以影響聚芘的材料屬性，如孔隙度，比使用固體石墨容易得多。

預(yù)計未來的鋁離子電池具有每千克大約1,000瓦時（Wh/kg）的比能量-明顯高于鋰離子電池400瓦特/千克的比能量。這意味著鋁離子電池可以在相同容量下更小更輕，或者與目前的鋰離子電池相同的尺寸提供更多的功率和更長的持續(xù)時間。仍有很多工作要做，但ETH蘇黎世的努力對于鋰之后可能出現(xiàn)的前景是一個有希望的開端。