铝能否超越锂电池？成为电池行业新宠？

　　在电池方面，金钱是一个很大的推动力量。锂是当今笔记本电脑，电动汽车和电网蓄电池的主要成分。但锂价在过去一年里涨了两倍多。超轻金属徘徊在每公吨20,000美元左右。相比之下，铝-更丰富和可用的成本约为每公吨2,200美元。研究人员正在寻求用铝取代锂，这难道不是一个奇迹么？

　　超越锂电池？

　　锂电池在可再充电电池使用方面的成本超出其他成本。理想地，例如，电池的阳极可以由薄的锂金属箔制成。这在放电期间提供了最大数量的锂离子，增加了电池功率和容量。然而，当电池充电时，金属箔上的锂离子形成尖锐的晶体结构，称为树枝状晶体。这些树枝状晶体可能会变大，导致电池短路-可能引发火灾。为了避免枝晶生长，阳极由石墨制成，可以在其层之间保持锂离子（一种称为插层的过程）。石墨阳极不能像金属箔那样释放尽可能多的锂离子。它会降低电池性能，但更安全。

　　那么铝呢？它是地壳中最丰富的金属。当作为电池中的阳极使用时，铝放电时释放三个电子，与锂释放的单一电子相比。铝在充电过程中也不会形成树枝晶。当然，它不如简单地用一种金属代替另一种金属那么容易。

　　更多的细节

　　在锂离子电池中，移动离子只是带正电的锂（Li+）。在铝离子电池中，铝与电解液中的氯形成络合物，从而形成两种可移动的离子电荷载体AlCl4-和Al2Cl7-。在放电期间，这些氯铝酸根阴离子从铝金属阳极穿过电解质到达石墨阴极。在阴极处，阴离子通过插入嵌入石墨层之间。当电池充电时，阴离子通过电解质返回并沉积在金属铝上。

　　用于铝离子电池的电解质提供了挑战。它是由有机和无机氯化物混合而成的离子液体。由此产生的电解液非常具有侵蚀性，会腐蚀所有金属，包括不锈钢，金和铂。这种腐蚀性使铝离子电池的导电部件非常容易受到损坏，这些部件用于将电子从电池中取出并送回电池。

　　增强保护

　　瑞士苏黎世Eidgen?ssischeTechnischeHochschule（ETH）的研究人员已开发出可用于铝离子电池的耐腐蚀涂层材料。陶瓷材料是氮化钛陶瓷。根据ETH新闻稿，该材料具有足够高的导电率，可用作电池的导电部件。或者，它可以用薄膜制成，在其他材料上形成保护涂层。

　　在ETH发布中，功能无机材料教授MaksymKovalenko表示：“氮化钛的潜在应用不限于铝电池。该材料也可用于其他类型的电池;例如基于镁或钠的电池或高压锂离子电池。“

　　瑞士银行

　　防腐蚀性不是ETHZürich工作的铝离子电池的唯一方面。铝制电池通常使用由石墨制成的阴极。但是在石墨层中大量存在的氯铝酸根阴离子会导致阴离子结构的扭曲。这促使人们寻找其他阴极材料。

　　ETH已经发现，称为聚芘的导电聚合物至少存储与在铝离子电池中的石墨阴极相同量的能量。ETH研究人员还发现，聚苯乙烯中碳氢聚合物链的无序排列为更好的电池提供了必要条件。“分子链之间仍有很多空间，”Kovalenko解释说。“这使得电解质流体的相对较大的离子能够很容易地渗入并给电极材料充电，”他补充说。聚芘电极既灵活又适应性强。科学家可以影响聚芘的材料属性，如孔隙度，比使用固体石墨容易得多。

　　预计未来的铝离子电池具有每千克大约1,000瓦时（Wh/kg）的比能量-明显高于锂离子电池400瓦特/千克的比能量。这意味着铝离子电池可以在相同容量下更小更轻，或者与目前的锂离子电池相同的尺寸提供更多的功率和更长的持续时间。仍有很多工作要做，但ETH苏黎世的努力对于锂之后可能出现的前景是一个有希望的开端。