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铝离子电池,噱头还是希望?

发布时间:2015-04-10 11:14:46  来源:雷锋网    采编:阳光不锈  背景:

  日前,一则湖南大学教授研发出铝离子电池的新闻出现在各大媒体。在报道中,称湖南大学的教授在著名科学杂志上发表论文,研发出充电快,循环寿命长的铝离子电池,将会改变世界云云。有意思的是,同一天,还有一条新闻说美国斯坦福大学也研发出铝离子电池,也是快速充电寿命长,这是怎么回事?到底是谁做的?这个东西靠谱吗?真的能改变我们的世界吗?

  到底是谁做的?

  中国这边的新闻是:国际顶级学术刊物《自然》在线发表了该校物理与微电子科学学院鲁兵安副教授等人作为“第一作者”的论文《快速充放电铝离子电池》。《自然》杂志认为该研究成果,首次实现了可充电铝离子液体电池,这有望为国际电池产业带来革命性变化。

  鲁兵安说,过去使用锂电池的手机需要1个小时才能完成的充电量,铝电池只需1分钟即可完成。今后,铝电池充电1小时,手机使用3、4天将不再是假想。

  而斯坦福的信息是华人教授HongjieDai和他的同事的这项创新性铝离子电池研究被发表在4月6日的期刊《自然》上。

  铝离子电池包含两个电极:”一个由铝制成的带负电阳极和一个带正电石墨阴极,人们尝试过不同的材料用作阴极,”而斯坦福的研究小组意外的发现这个问题的简单解决办法便是使用石墨,石墨本质上就是碳。一些类型的石墨材料可以产生非常好的特性。”斯坦福研究小组将实验性的电池安装了铝阳极和石墨阴极,电解质其实就是室温下的液态盐,因此它非常安全。我们的可充电铝电池可以产生2伏电压。这比任何铝电池可以产生的电压都要高。”但是我们的电池只能达到典型锂电池电压的一半,如果改进阴极材料应该可以最终增加电压和能量密度。这样的话,我们创造的电池将满足你设想的电池的一切特性:不昂贵的电极、安全、高速充电、灵活和较长寿命。我已经看到了这类新电池的雏形,这真是令人兴奋。”发明人戴教授说。

  这项研究其它研究学者还包括来自台湾工业技术研究院的访问科学家林梦昌(Meng-ChangLin)、湖南大学的卢炳安(BinganLu)和博士后学者吴英鹏(YingpengWu)。其它作者包括斯坦福大学的王递延(Di-YanWang)、关明云(MingyunGuan),迈克尔·安吉尔(MichaelAngell)、陈长鑫(ChangxinChen)和杨江(JiangYang);以及台湾国立师范大学的黄冰乔(Bing-JoeHwang)。这项研究得到了美国能源部、台湾工业技术研究院、斯坦福大学全球气候和能源项目、斯坦福普雷科特能源研究所和台湾教育部的支持。

  对比两个报道,我们可以看出,这个项目其实是美国能源部等机构提供资源的综合研究项目,湖南大学的鲁教授只是研究学者之一。这还是一个美国的科研项目,而不是湖南大学的,国内传播颇有标题党的嫌疑。

  铝离子电池技术突破在哪?

  其实铝电池很早就被人们认为有一定发展前途在进行研究,因为其能量密度的潜力很大。但是到目前为止,铝电池还只是被当做金属燃料电池使用,不充电,而是换铝电极来补电。前一段什么跑几百公里的铝电池汽车说的就是这个东西。

  铝电池不用做充电电池,一方面是循环寿命差,一方面是充电速度太慢,不实用。还有一个致命缺点是电解液里面的铝离子不稳定,很容易发生化学反应带来危险。这些弱点让铝电池一直没有实用化。

  而从论文的信息看,斯坦福的这个项目发展了一种特殊的石墨负极材料,能快速充电。新闻中没明确说是石墨烯,但是这几年已经有了很多用石墨烯材料做负极,改善锂电池充电速度的新闻,西班牙一家大学甚至已经做到了装车测试的地步。

  不过,大部分石墨烯负极的循环寿命很短,斯坦福这个7500次不衰减简直就是奇迹。如果数据是真的,说明在材料上有了突破。此外,斯坦福也找到了一种合适的电解液,能够保证电池安全,如果戴博士没说谎的话,这种电池要比锂离子电池还要安全,这是很难得。所以,这个铝离子电池实际上进步在材料上,新的负极和新的电解液制造出来了性能理想的铝离子电池。

  距离实用有多远?

  我们注意到,发明人也说这种电池是雏形,而非成品,这说明问题还很多。铝电池本来理论容量很高,但是发明者却说要进一步增加能量密度,这说明至少试验品能量密度是不足的,而铝电池的功率密度本来也很差,电压也不高,这会限制其使用范围。虽然循环次数喜人,充电速度喜人,但是电量差,功率差,很多地方用不了。譬如电池体积要求高的手机。

  不过在电动车,特别是电动公交车上,这种长寿命快充电的电池还是很有前途的。除了技术问题以外,从实验室到量产也需要很长的过程,生产线如何建立,品质如何控制,新材料如何保持一致性都要解决。

  正如发明者所说,现在只是有一个好的雏形,可能发展出理想的电池。铝比锂便宜的多,石墨也不贵,只要铝离子电池在能量密度,功率密度等指标追平锂离子电池,靠其他技术指标的优势和成本就能完全替代锂离子电池。那我们的世界真的就被改变了。

  目前,铝离子电池还只是噱头,而未来它将是人类新能源的希望。




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