打造一款“完美电池”并非不可能

2015-04-11 12:37

斯坦福大学科研人员近日公开表示，已研发一种能快速充电、耐用和安全的铝离子电池。
团队测试发现，该电池的充电效率远远高于普通的锂电池，一分钟的充电时间即可获得锂电池充电数小时才能达到的电量。在提供两伏电压情况下，该电池的可循环使用次数超过七千次，而传统锂电池可使用周期约为一千次。
和存储以及芯片技术相比，电池技术的进步速度远远落后前两者。例如芯片长期以来保持每十八个月提升一倍性能，但电池容量每年平均仅能提升大概10%。
锂电池当初能在众多种类电池中脱颖而出，关键之一在其所含能量密度。但现在看来似乎这项指标也早已触及瓶颈。
多次循环后，锂电池本身的性能将大幅下降。锂金属材质电极本身存在变形倾向，锂离子电池在安全方面的表现更加不可预知。在充电和放电的循环中易短路，存在引发火灾的安全隐患，因此航空公司对未标示容量的锂电池均禁止乘客携带。
由于铝离子电池不会着火，该电池将有效避免安全风险。充电快速，加上材质本身的易见、廉价以及轻质，同时具备储存高电荷能力，上述因素有望将这款铝电池打造成为一块“完美电池”。
在过去三十年中，开发可供大规模使用的铝离子电池的工作一直在进行。待解决的问题主要包括，电池存储的电量较少，以及电池可循环周期短。研究人员着力于找到“正确的材料组合”，使电池能够产生足够电压，并延长使用寿命。在早前研制出的一些铝电池中，循环次数往往只有一百次左右，成为硬伤。
斯坦福研究小组采取的解决方法，即使用石墨来作为电池阴极，电池能量将从阴极流出到设备，使用铝作为电池阳极。由铝阳极、石墨阴极以及离子电解液构成，这款电池的研究项目持续了近两年。
但该研究小组得出的成果，并不能马上完美适配市面上的各类设备。输出两伏电压是目前铝电池所能达到的最佳成绩，而传统锂电池提供的电压一般为3.7或4.2伏特。目前能够给出的解决方案，是内置两块铝离子电池并加上一个转换器，电池才能够提供5伏电压。
这项技术有待进一步突破，以取得铝电池电压和电池体积之间的平衡。
研究团队中的斯坦福大学化学教授Hongjie Dai在接受媒体采访时称，铝电池大规模商业化还为时过早，增加电池容量、获取低成本的电解质材料均是摆在面前的问题。
但同时他也表示，更好的阴极材料将能够帮助电池增加输出电压和提高能量密度，因此打造一款“完美电池”并非不可能。
关键技术进步将可能直接推动产业变革，一个例子即多点触控技术的开发和应用，直接促使乔布斯有信心推出iPhone这一变革性的产品。
如果这项铝离子电池开发技术在未来取得进一步突破，有望在手机、智能手表等便携式设备，以及电动汽车中得到广泛应用，为上述设备提供新的电池解决方案，大大提升电池充电和利用的效率。
此外铝材质本身的廉价，将使得其能够更加普遍的应用到各个产品当中。打造智能家居的过程中，越来越多的传统家电需要保持实时和云端同步数据，需要更加高效和廉价的电池。

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