據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》12月21日?qǐng)?bào)道，日本千葉大學(xué)研發(fā)出一款用儲(chǔ)量豐富的金屬鋁制造的蓄電池。與鋰電池相比，鋁電池面臨的資源供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)更低，且在同樣的重量條件下，鋁電池蓄積的電量可能是鋰電池的數(shù)倍。雖然延長(zhǎng)電池壽命的問(wèn)題依然有待解決，但這種使用儲(chǔ)量豐富的資源生產(chǎn)的電池一旦能投入商用，無(wú)疑將成為建立脫碳社會(huì)所需的一項(xiàng)重要技術(shù)。
在電動(dòng)汽車(chē)和智能手機(jī)中廣泛使用的鋰電池，面臨如何確保原材料穩(wěn)定供給的問(wèn)題。
蓄電池的工作原理是，存在于正極和負(fù)極之間電解液中的離子來(lái)回移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)充放電。
一般來(lái)說(shuō)，鋰電池會(huì)使用鈷、錳、鎳和鋰等金屬作為正極、石墨作為負(fù)極，電解液則使用溶解有鋰的有機(jī)溶劑，涉及到的材料都是稀有金屬。這就使得人們有必要開(kāi)發(fā)一種幾乎沒(méi)有資源供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的全新蓄電池。
無(wú)論從資源儲(chǔ)量還是性能方面看，由“多價(jià)離子”組成的金屬都有望成為新的電池原材料。鋁、鈣、鎂和鋅等都可能成為候選金屬。這些金屬除了儲(chǔ)量豐富外，其一個(gè)原子還可以攜帶多個(gè)電荷，因此會(huì)比僅能攜帶一個(gè)電荷的鋰原子具有更高的容量。
千葉大學(xué)教授津田哲哉等人試制的鋁離子電池使用硫黃類(lèi)材料作為正極、鋁作為負(fù)極。要知道鋁是地殼中儲(chǔ)量排名第三的元素。
鋁的用途廣泛，且價(jià)格僅為每千克400日元(約合2.8美元)，是作為鋰電池正極原材料的鎳價(jià)格的六分之一。
一個(gè)鋁原子可攜帶3個(gè)電荷。如果正極使用硫黃，鋁電池單位重量蓄積的電量理論上將達(dá)到鋰電池的9倍。由于硫黃很難導(dǎo)電，津田教授等人使用了一種與有機(jī)高分子復(fù)合而成的被稱(chēng)作SPAN的材料。
在使用SPAN后，硫黃的比例有所降低，由此制成的鋁電池盡管儲(chǔ)電量下降，但更易導(dǎo)電且電池壽命延長(zhǎng)。試制的電池屬于實(shí)驗(yàn)室使用的小型尺寸，但經(jīng)證實(shí)能夠充放電數(shù)百次。如果要將其投入商用，還需要放大尺寸。
據(jù)津田教授介紹，鋁離子電池還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，“可以實(shí)現(xiàn)外皮與電池主體融為一體”。電池外皮通常使用鋁，如果將其作為負(fù)極使用，還可以縮小電池的體積。
雖然這種電池在安全性方面還存在一些有待解決的問(wèn)題，但如果將電池與電動(dòng)汽車(chē)的鋁制車(chē)身進(jìn)行整合，未來(lái)有可能不再需要獨(dú)立的電池組。
一些外國(guó)企業(yè)也關(guān)注到了鋁在電池領(lǐng)域的應(yīng)用。澳大利亞石墨烯制造集團(tuán)就正在研發(fā)鋁離子電池，其電池使用石墨作為正極。雖然這種電池單位重量蓄積的電量要少于使用硫黃的電池，但其快速充電能力據(jù)說(shuō)可達(dá)鋰電池的數(shù)十倍。
日本東北大學(xué)助理教授木須一彰領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組正在開(kāi)發(fā)一種使用鈣的蓄電池。這款電池正極使用硫黃，負(fù)極使用鈣，其單位重量可儲(chǔ)存的電量理論上能達(dá)到鋰離子電池的4至5倍。京都大學(xué)教授安部武志的實(shí)驗(yàn)室則正在開(kāi)發(fā)氟離子電池，其具有與“多價(jià)離子”電池類(lèi)似的特性。
原標(biāo)題：日本科學(xué)家研發(fā)出新型鋁電池
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