新型全固体铝空气二次电池研发成功

固体电池、空气电池是二次电池领域重要的研究对象,日本富士色素公司融合两项技术开发出了全固体铝空气二次电池。

追溯电池发展历史,世界上最古老的“巴格达电池”距今已有2000多年历史。而现代干电池的原型开发于131年前,自此电池发生了急速进化。

巴格达电池

图片来自雅图日本

一次电池是最先被普及应用的电池,随后可充电反复使用的二次电池应运而生,与其相关的技术研发竞争也日渐激烈。最初的二次电池是镍镉电池,于1960年开始被广泛使用。但因镉是有害物质且容量小,1990年发展出镍氢电池。随后1991年锂离子电池开始量产并广泛应用于智能手机、个人电脑、电动汽车。如下图所示,现有的镍氢电池及锂离子电池具有不同的优缺点,在迎来量产30周年之际,出现了与之竞争的新型二次电池——固体电池和空气电池。

简单地说固体电池就是将迄今为止作为正极负极的电解液替换为固体电解质。而空气电池是在正极的活性物质中使用了空气中的氧。这两种新型二次电池具有利于小型化、安全性强及电容量高的特点。而富士色素公司将固体电池、空气电池相结合开发出了全固体铝空气二次电池。

硬币型全固体铝空气二次电池样品

目前各厂商正在研发的固体电池、空气电池的电极中大多使用锂。其主要原因在于与其他材料相比锂可实现高容量。但由于金属锂具有很大的不稳定性,可能导致起火或爆炸,且随着需求量的不断扩大,锂矿资源有可能在数十年内枯竭。

富士色素公司将视点转向了铝。理论上铝空气电池的电池容量约为目前锂离子电池(150 ~ 250Wh/kg)的30至50倍(8100wh /kg),虽不及锂空气电池的理论容量(1.14万Wh/kg),但从安全性高、资源丰富、价格低等方面考虑铝空气电池具有优势。

可循环使用的丰富铝资源

铝空气电池因其高容量的特点已在军队中得以使用,但在使用过程中发现因氧化铝、氢氧化铝的副产物沉淀会发生无法发电的问题。此次富士色素公司研发的全固体铝空气二次电池负极使用铝,正极空气极使用碳或钛类材料。电解质使用与离子液体类似的深共晶溶剂(DES: Deep Eutectic Solvent),且通过合成最适合的添加剂成功地实现了电解质的固体化。通过此次在全固体化上取得的成功,相对现有的铝空气电池更易于制造,且提高了电池长时间工作时的稳定性。

铝空气二次电池概念图

离子液体是指全部由离子组成的100℃以下的液体盐,也称第三液体。因其具有阻燃性高、优异的介电性和安全性等特点,多被用于电解液、抗静电剂等。此次全固体铝空气二次电池中使用的深共晶溶剂具有与离子液体非常相似的性质,且易于降低成本。

电池领域的主角争夺战从未停息,几十年后铝有望取代锂成为二次电池主角。

参考日本报道原文:https://emira-t.jp/topics/10331/

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注