來源：半導(dǎo)體芯科技編譯

鋰金屬有時(shí)被吹捧為終極陽極材料，因?yàn)樗鼮樘囟ǖ年帢O提供最高的電壓和能量密度。但是，除非采取措施避免它們，否則鋰枝晶會(huì)在陽極上積累并誘發(fā)短路，從而點(diǎn)燃鋰離子電池的易燃液體電解質(zhì)。由北京大學(xué)的龐全全和麻省理工學(xué)院的Donald Sadoway領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際材料科學(xué)家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種完全避免該問題的電池。它結(jié)合了地球上一些最豐富的材料，是一種快速充電的鋁鈣電池，用熔鹽電解質(zhì)來操作。

盡管鐵是商業(yè)上最主要的金屬，但它并不具備制造高效電池的正確電化學(xué)特性。鋁，地球上最豐富的金屬，被證明是一個(gè)更好的陽極選擇。原則上，任何黃銅元素都可以作為陰極。但研究人員決定使用硫，這是其中最不貴的一種。在電極之間，他們選擇了熔融鹽NaCl-KCl-AlCl3。（圖中從左到右直觀地并列了鋁、硫和鹽晶體這些常見成分。）

由于熔點(diǎn)低于水的沸點(diǎn)，氯鋁酸鹽比其他高溫鹽的揮發(fā)性要低。它們也更實(shí)用：研究人員的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，這種材料組合產(chǎn)生了高能量密度（根據(jù)電化學(xué)數(shù)據(jù)推算為526瓦時(shí)/升，與鋰離子電池的能量密度相當(dāng)），并在特別快的充電速度下經(jīng)受了數(shù)百次循環(huán)，在不到一分鐘內(nèi)達(dá)到完全充電。

更重要的是，盡管該團(tuán)隊(duì)選擇氯鋁酸鹽熔融鹽電解質(zhì)主要是因?yàn)槠淙埸c(diǎn)低，但新的實(shí)驗(yàn)表明，鹽中的高濃度氯化鋁在這些充電速度下能抵制樹枝狀物短路的問題。研究人員推測(cè)，樹枝狀物的生長(zhǎng)受到了微量溶解的硫化物的阻礙，眾所周知，硫化物可以作為一種平整劑。

鑒于所有組件的可用性，研究人員估計(jì)鋁-硫電池的成本低至每千瓦時(shí)8.99美元。這相當(dāng)于今天的鋰離子電池成本的12-16%。而且，由于熔鹽電解質(zhì)在500℃以上是熱穩(wěn)定的，對(duì)熱失控和火災(zāi)免疫，研究人員認(rèn)為，這種電池化學(xué)可能對(duì)電動(dòng)汽車特別有吸引力。Sadoway已經(jīng)將這項(xiàng)研究作為Avanti公司的基礎(chǔ)，該公司是他共同創(chuàng)立的衍生公司，已經(jīng)獲得了該電池技術(shù)的專利授權(quán)。

新的電池也可能是為單個(gè)家庭供電的理想選擇，因?yàn)樗鼈兛梢栽诒匾膸资邥r(shí)的存儲(chǔ)容量上實(shí)現(xiàn)盈利。今天的鋰離子電池對(duì)于這種儲(chǔ)能應(yīng)用來說仍然過于昂貴。

審核編輯 黃昊宇