[技術(shù)前沿]新型氧離子電池將會(huì)使電池的壽命大幅增加
[技術(shù)前沿]新型氧離子電池將會(huì)使電池的壽命大幅增加
鋰離子電池儲(chǔ)存能量非常高效，這使得大量能量可裝入一個(gè)相當(dāng)小的電池中。但鋰離子電池會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化，儲(chǔ)存電量越來(lái)越少，且易著火。奧地利維也納工業(yè)大學(xué)研究人員正試圖順利獲得一項(xiàng)新發(fā)明來(lái)解決其中的一些問(wèn)題，他們已成功開(kāi)發(fā)出一種性能可與鋰離子電池媲美的氧離子電池，據(jù)稱這種電池壽命極長(zhǎng)。相關(guān)論文即將發(fā)表在美國(guó)《先進(jìn)能源材料》雜志上。
鈉、鎂和鉀都在爭(zhēng)奪取代鋰在未來(lái)可充電電池中的位置?，F(xiàn)在，奧地利的研究人員在混合物中加入了一種不同尋常的競(jìng)爭(zhēng)者：氧氣。
該團(tuán)隊(duì)制造了一種新的氧離子電池，與鋰離子相比，該電池可以儲(chǔ)存約三分之一的能量，但壽命更長(zhǎng)。它還使用了豐富的材料，使用固體電解質(zhì)意味著它不可燃。
“How it works is actually very similar to a lithium-ion battery except with oxygen.”—Alexander Schmid, TU Wien
電池在200至400°C的溫度范圍內(nèi)工作。維也納理工大學(xué)化學(xué)技術(shù)與分析研究所研究員Alexander Schmid表示，這種更高的工作溫度和更低的能量密度使其最適合固定用途，如電網(wǎng)或備用電力的可再生能源存儲(chǔ)。Schmid和他的同事在《先進(jìn)能源材料》雜志上報(bào)道了這種新型電池。
考慮到鋰離子電池的高成本和對(duì)鈷和鋰等地理儲(chǔ)量有限的材料的依賴，以及其起火的可能性，鋰離子電池在電網(wǎng)存儲(chǔ)方面可能存在問(wèn)題。液流電池將能量?jī)?chǔ)存在裝有低成本化學(xué)品的大型儲(chǔ)罐中，顯示出電網(wǎng)存儲(chǔ)的前景，但其中使用的材料，如釩，價(jià)格昂貴。與此同時(shí)，鈉硫和熔鹽等其他電池技術(shù)，就像鋰離子電池一樣，使用揮發(fā)性液體電解質(zhì)，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，可能會(huì)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。
Schmid和他的同事利用兩種不同氧化物的薄膜作為電極，制作了一種電池，這是現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小型原型。這些氧化物是通常用于固體氧化物燃料電池的陶瓷。他們選擇了另一種陶瓷材料，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯作為固體電解質(zhì)。
Schmid說(shuō)：“除了氧氣之外，它的工作原理實(shí)際上與鋰離子電池非常相似?！?它們順利獲得取得或失去電子來(lái)取得電荷的離子原子在兩個(gè)表面之間來(lái)回跳躍，并產(chǎn)生電流。對(duì)于這些新電池，其表面由陶瓷制成。據(jù)悉，這種陶瓷材料可以吸收和釋放雙重帶負(fù)電荷的氧離子。當(dāng)施加電壓時(shí)，氧離子遷移到氧氣吸收電極，儲(chǔ)存能量。當(dāng)氧離子回流時(shí)，該裝置會(huì)產(chǎn)生電流。
對(duì)氧離子電池的全電池進(jìn)行的測(cè)試顯示，體積能量密度高達(dá)每立方厘米140毫瓦時(shí)，相當(dāng)于當(dāng)今鋰離子電池體積能量密度的30%左右。
然而，依靠氧離子儲(chǔ)存能量使這種新化學(xué)物質(zhì)比鋰具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。“大氣中氧氣含量豐富，”Schmid說(shuō)，“鋰離子電池通常會(huì)失去容量，因?yàn)楦狈磻?yīng)和寄生電流會(huì)導(dǎo)致離子損失。氧離子電池也會(huì)發(fā)生這種情況，但 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 可以簡(jiǎn)單地從大氣中再生那些損失的氧氣?！?/p>
這一方法使得該電池的壽命大幅增加。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)他們的原型進(jìn)行了大約1000次充電循環(huán)的測(cè)試，但他們預(yù)計(jì)該設(shè)備順利獲得再生那些損失的氧氣，可以持續(xù)數(shù)十萬(wàn)次充電循環(huán)。
這種長(zhǎng)壽命是研究人員最興奮的事情，因?yàn)樗o電池在綠色能源領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的影響。其儲(chǔ)電能力可維持長(zhǎng)時(shí)間不衰退，對(duì)工業(yè)儲(chǔ)能有實(shí)用價(jià)值，例如儲(chǔ)存風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能。此外，該電池不需要使用稀少、昂貴的材料?，F(xiàn)在研究團(tuán)隊(duì)制造的原型電池含有稀土元素鑭，將來(lái)可望用更廉價(jià)的材料取代，相關(guān)研究已在進(jìn)行中。
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