北京的研究团队发现，添加铝氟盐到铝离子电池中，可以大幅提升电池寿命和安全性，提供更环保、低成本的替代方案。

电动汽车(EV)和绿色能源的储能系统严重依赖电池储存电力。目前，全球超过75%的能源存储依赖于锂电池，但锂是一种价格波动较大的昂贵矿物。而锂电池本身也存在问题，因为它们使用的电解液是易燃的，容易在过充时起火。

如今，北京的一组科学家认为，铝可能提供更好的解决方案。铝是地壳中第三丰富的矿物，成本大约是锂的四分之一。如果设计得当，铝基电池可能提供比锂电池更长的使用寿命，同时更加安全和可持续。这项研究由北京理工大学和北京科技大学的科学家主导，研究人员已经找到了一种方法，使铝电池能够稳定运行，并持续更长时间。

铝离子电池(Al-ion)多年来一直是研究的重点，但以往的尝试大多使用离子液体电解液，这种电解液在潮湿环境中容易导致负极腐蚀。其他研究人员使用了凝胶聚合物电解液，介于液体和固态电解液之间，但这种电解液的导电性较低。这个研究团队采取了不同的方法，他们在液态电解液中加入了一撮盐——铝氟盐，这种盐与铝离子反应，形成了固态电解液。

其实，盐并非只是简单的一撮。它具有多孔的三维结构，像刚性海绵一样吸收并稳定液体，同时仍能让离子自由移动。这增加了材料的导电性，结果是形成了无法泄漏的固体复合材料。研究人员还在电极表面涂上一层薄材料，防止铝晶体形成，这样可以避免电池在使用过程中性能退化。

“我们的研究表明，稳定且可回收的固态电解液能够通过解决腐蚀、安全性和长循环寿命等问题，提升铝离子电池的性能，使其成为锂电池的潜在替代品。”北京科技大学电化学工程学教授Jiao Shuqiang表示。

铝的优势

研究人员的测试表明，经过这种新设计的电池可以拥有极长的使用寿命，经过10,000次充放电循环后，电池仍能保持99%的初始容量。相比之下，普通的锂电池在300至500次循环后，容量仅剩80%左右。

固态电解液相比于传统锂电池使用的液态电解液，更加安全。它不会像常规电池那样发生泄漏，研究人员发现，当电池遭受多次刺穿时，铝离子电池仍能正常工作，甚至在电池完全穿透后也没有失去功能。电池还在200摄氏度高温下进行了测试，尽管温度很高，但输出电压几乎没有变化，并且电池没有出现膨胀或变形。

除了性能优势，铝离子电池还比传统锂电池更具回收性。研究人员发现，他们能够轻松回收实验中80%的铝氟盐，并预测在工业规模上回收率将更高。固态铝箔在简单清洁后还能重复使用。由于这些特点，整个设计非常有利于高效回收。

更好的电池对市场的影响

“一些延长电池寿命并降低成本的创新，有潜力彻底改变多个行业，从汽车到消费电子和家庭安全领域。”市场研究公司Parks Associates的研究副总裁Jennifer Kent表示。“电池续航是电动汽车购买的一大障碍，比如39%的非电动汽车车主表示，电动汽车需要频繁充电或行驶里程有限。”更便宜的电池也可能在推动可持续能源使用方面发挥重要作用，比如为风能和太阳能提供一种成本效益高的储能方式。

新的电池结构应当能够轻松地在商业规模上生产。但在铝离子电池商业化之前，研究人员表示，它的能量密度仍需提高。尽管如此，这一新方法仍然提供了更安全、更便宜、更长寿命且更易回收的电池潜力。

本文译自 IEEE Spectrum，由sein编辑发布。