鉅大LARGE | 點擊量：289次 | 2023年09月01日
鋁離子電池是否是希望？
昨天，一則湖南大學(xué)教授研發(fā)出鋁離子電池的新聞出現(xiàn)在各大媒體。
在報道中，稱湖南大學(xué)的教授在著名科學(xué)雜志上發(fā)表論文，研發(fā)出充電快，循環(huán)壽命長的鋁離子電池，將會改變世界云云。有意思的是，同一天，還有一條新聞?wù)f美國斯坦福大學(xué)也研發(fā)出鋁離子電池，也是快速充電壽命長，這是怎么回事？到底是誰做的？這個東西靠譜嗎？真的能改變我們的世界嗎？。
鋁離子電池，噱頭還是希望？
到底是誰做的？
中國這邊的新聞是：國際學(xué)術(shù)刊物《自然》在線發(fā)表了該校物理與微電子科學(xué)學(xué)院魯兵安副教授等人作為“第一作者”的論文《快速充放電鋁離子電池》?！蹲匀弧冯s志認為該研究成果，首次實現(xiàn)了可充電鋁離子液體電池，這有望為國際電池產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
魯兵安說，過去使用鋰電池的手機需要1個小時才能完成的充電量，鋁電池只需1分鐘即可完成。今后，鋁電池充電1小時，手機使用3、4天將不再是假想。
而斯坦福的信息是華人教授HongjieDai和他的同事的這項創(chuàng)新性鋁離子電池研究被發(fā)表在4月6日的期刊《自然》上。
鋁離子電池包含兩個電極：”一個由鋁制成的帶負電陽極和一個帶正電石墨陰極，人們嘗試過不同的材料用作陰極，”而斯坦福的研究小組意外的發(fā)現(xiàn)這個問題的簡單解決辦法便是使用石墨，石墨本質(zhì)上就是碳。一些類型的石墨材料可以產(chǎn)生非常好的特性。”斯坦福研究小組將實驗性的電池安裝了鋁陽極和石墨陰極，電解質(zhì)其實就是室溫下的液態(tài)鹽，因此它非常安全。我們的可充電鋁電池可以產(chǎn)生2伏電壓。這比任何鋁電池可以產(chǎn)生的電壓都要高。”但是我們的電池只能達到典型鋰電池電壓的一半，如果改進陰極材料應(yīng)該可以最終增加電壓和能量密度。這樣的話，我們創(chuàng)造的電池將滿足你設(shè)想的電池的一切特性：不昂貴的電極、安全、高速充電、靈活和較長壽命。我已經(jīng)看到了這類新電池的雛形，這真是令人興奮?！卑l(fā)明人戴教授說。
這項研究其它研究學(xué)者還包括來自工業(yè)技術(shù)研究院的訪問科學(xué)家林夢昌(Meng-ChangLin)、湖南大學(xué)的盧炳安(BinganLu)和博士后學(xué)者吳英鵬(YingpengWu)。其它作者包括斯坦福大學(xué)的王遞延(Di-YanWang)、關(guān)明云(MingyunGuan),邁克爾·安吉爾(MichaelAngell)、陳長鑫(ChangxinChen)和楊江(JiangYang)；以及國立師范大學(xué)的黃冰喬(Bing-JoeHwang)。這項研究得到了美國能源部、工業(yè)技術(shù)研究院、斯坦福大學(xué)全球氣候和能源項目、斯坦福普雷科特能源研究所和教育部的支持。
對比兩個報道，我們可以看出，這個項目其實是美國能源部等機構(gòu)提供資源的綜合研究項目，湖南大學(xué)的魯教授只是研究學(xué)者之一。這還是一個美國的科研項目，而不是湖南大學(xué)的，國內(nèi)傳播頗有標題黨的嫌疑。
鋁離子電池，噱頭還是希望？
鋁離子電池技術(shù)突破在哪？
其實鋁電池很早就被人們認為有一定發(fā)展前途在進行研究，因為其能量密度的潛力很大。但是到目前為止，鋁電池還只是被當(dāng)做金屬燃料電池使用，不充電，而是換鋁電極來補電。前一段什么跑幾百公里的鋁電池汽車說的就是這個東西。
鋁電池不用做充電電池，一方面是循環(huán)壽命差，一方面是充電速度太慢，不實用。還有一個致命缺點是電解液里面的鋁離子不穩(wěn)定，很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)帶來危險。這些弱點讓鋁電池一直沒有實用化。
而從論文的信息看，斯坦福的這個項目發(fā)展了一種特殊的石墨負極材料，能快速充電。新聞中沒明確說是石墨烯，但是這幾年已經(jīng)有了很多用石墨烯材料做負極，改善鋰電池充電速度的新聞，西班牙一家大學(xué)甚至已經(jīng)做到了裝車測試的地步。
不過，大部分石墨烯負極的循環(huán)壽命很短，斯坦福這個7500次不衰減簡直就是奇跡。如果數(shù)據(jù)是真的，說明在材料上有了突破。此外，斯坦福也找到了一種合適的電解液，能夠保證電池安全，如果戴博士沒說謊的話，這種電池要比鋰離子電池還要安全，這是很難得。所以，這個鋁離子電池實際上進步在材料上，新的負極和新的電解液制造出來了性能理想的鋁離子電池。
距離實用有多遠？
我們注意到，發(fā)明人也說這種電池是雛形，而非成品，這說明問題還很多。鋁電池本來理論容量很高，但是發(fā)明者卻說要進一步增加能量密度，這說明至少試驗品能量密度是不足的，而鋁電池的功率密度本來也很差，電壓也不高，這會限制其使用范圍。雖然循環(huán)次數(shù)喜人，充電速度喜人，但是電量差，功率差，很多地方用不了。譬如電池體積要求高的手機。
不過在電動車，特別是電動公交車上，這種長壽命快充電的電池還是很有前途的。除了技術(shù)問題以外，從實驗室到量產(chǎn)也需要很長的過程，生產(chǎn)線如何建立，品質(zhì)如何控制，新材料如何保持一致性都要解決。
正如發(fā)明者所說，現(xiàn)在只是有一個好的雛形，可能發(fā)展出理想的電池。鋁比鋰便宜的多，石墨也不貴，只要鋁離子電池在能量密度，功率密度等指標追平鋰離子電池，靠其他技術(shù)指標的優(yōu)勢和成本就能完全替代鋰離子電池。那我們的世界真的就被改變了。
目前，鋁離子電池還只是噱頭，而未來它將是人類新能源的希望。
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