铝硫电池可能成为锂离子电池的廉价替代

来源：半导体芯科技编译

锂金属有时被吹捧为终极阳极材料，因为它为特定的阴极提供最高的电压和能量密度。但是，除非采取措施避免它们，否则锂枝晶会在阳极上积累并诱发短路，从而点燃锂离子电池的易燃液体电解质。由北京大学的庞全全和麻省理工学院的Donald Sadoway领导的一个国际材料科学家团队现在已经开发出一种完全避免该问题的电池。它结合了地球上一些最丰富的材料，是一种快速充电的铝钙电池，用熔盐电解质来操作。

尽管铁是商业上最主要的金属，但它并不具备制造高效电池的正确电化学特性。铝，地球上最丰富的金属，被证明是一个更好的阳极选择。原则上，任何黄铜元素都可以作为阴极。但研究人员决定使用硫，这是其中最不贵的一种。在电极之间，他们选择了熔融盐NaCl-KCl-AlCl3。（图中从左到右直观地并列了铝、硫和盐晶体这些常见成分。）

由于熔点低于水的沸点，氯铝酸盐比其他高温盐的挥发性要低。它们也更实用：研究人员的概念验证实验表明，这种材料组合产生了高能量密度（根据电化学数据推算为526瓦时/升，与锂离子电池的能量密度相当），并在特别快的充电速度下经受了数百次循环，在不到一分钟内达到完全充电。

更重要的是，尽管该团队选择氯铝酸盐熔融盐电解质主要是因为其熔点低，但新的实验表明，盐中的高浓度氯化铝在这些充电速度下能抵制树枝状物短路的问题。研究人员推测，树枝状物的生长受到了微量溶解的硫化物的阻碍，众所周知，硫化物可以作为一种平整剂。

鉴于所有组件的可用性，研究人员估计铝-硫电池的成本低至每千瓦时8.99美元。这相当于今天的锂离子电池成本的12-16%。而且，由于熔盐电解质在500℃以上是热稳定的，对热失控和火灾免疫，研究人员认为，这种电池化学可能对电动汽车特别有吸引力。Sadoway已经将这项研究作为Avanti公司的基础，该公司是他共同创立的衍生公司，已经获得了该电池技术的专利授权。

新的电池也可能是为单个家庭供电的理想选择，因为它们可以在必要的几十千瓦时的存储容量上实现盈利。今天的锂离子电池对于这种储能应用来说仍然过于昂贵。

审核编辑 黄昊宇