铝材料在更安全更便宜更强大的电池方面表现出良好的性能

好的电池需要满足两个条件：为设备供电的高能量密度和稳定性，因此可以安全可靠地充电数千次。在过去的三十年中，锂离子电池一直占据主导地位，在智能手机、笔记本电脑和电动汽车中证明了其性能。

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但电池研究人员已经开始接近锂离子的极限。随着下一代远程车辆和电动飞机开始进入市场，人们正在加紧寻找更安全、更便宜、更强大、性能优于锂离子电池的电池系统。

由乔治·W·伍德拉夫机械工程学院和材料科学与工程学院副教授MatthewMcDowell领导的佐治亚理工学院研究小组正在使用铝箔制造具有更高能量密度和更大能量的电池。稳定。该团队的新电池系统在《自然通讯》中详细介绍，可以使电动汽车一次充电运行更长时间，并且制造成本更低，同时对环境产生积极影响。

麦克道尔说：“我们一直在寻找能量密度更高的电池，这将使电动汽车一次充电可以行驶更远的距离。”“有趣的是，我们可以使用铝作为电池材料，因为它具有成本效益、高度可回收且易于使用。”

用铝制造电池的想法并不新鲜。研究人员在20世纪70年代研究了它的潜力，但效果不佳。

当用于传统的锂离子电池时，由于锂进出材料时的膨胀和收缩，铝会在几次充放电循环内破裂并失效。开发人员得出的结论是，铝不是一种可行的电池材料，因此这个想法基本上被放弃了。

现在，固态电池已经进入人们的视野。锂离子电池含有可能导致火灾的易燃液体，而固态电池含有不易燃的固体材料，因此可能更安全。正如本研究所示，固态电池还可以集成新型高性能活性材料。

该项目最初是佐治亚理工学院团队与领先的铝制造商和全球最大的铝回收商诺贝丽斯之间的合作，是佐治亚理工学院诺贝丽斯创新中心的一部分。研究小组知道，当铝用作电池阳极(电池带负电的一侧，用于储存锂以产生能量)的材料时，将具有能源、成本和制造方面的优势，但纯铝箔在电池中测试时很快就会失效。。

该团队决定采取不同的方法。他们没有在箔中使用纯铝，而是在铝中添加了少量其他材料，以制造具有特定“微观结构”或不同材料排列的箔。他们测试了100多种不同的材料，以了解它们在电池中的表现。

“我们需要采用一种材料来解决铝作为电池阳极的基本问题，”博士YuhgeneLiu说。麦克道尔实验室的学生和该论文的第一作者。“与传统的锂离子电池相比，我们的新型铝箔阳极在固态电池中实现时性能和稳定性显着提高。”

佐治亚理工学院马修·麦克道尔实验室制造的固态电池。图片来源：佐治亚理工学院

研究小组观察到，铝阳极比传统阳极材料可以储存更多的锂，因此可以储存更多的能量。最终，他们创造了高能量密度电池，其性能可能优于锂离子电池。

“我们对铝阳极感到兴奋的好处之一是它可以提高性能，而且非常具有成本效益，”麦克道尔说。“最重要的是，当直接使用箔作为电池组件时，我们实际上删除了生产电池材料通常所需的许多制造步骤。”

多家公司正在开发短程电动飞机，但限制因素是电池。如今的电池无法容纳足够的能量来为飞机提供飞行距离超过150英里左右的动力。需要新的电池化学物质，麦克道尔团队的铝阳极电池可以为更强大的电池技术打开大门。

“这些铝箔阳极的初步成功为发现其他潜在电池材料提供了新方向，”刘说。“这有望为重新构想更加能源优化和更具成本效益的电池架构开辟道路。”

该团队目前正在努力扩大电池的尺寸，以了解尺寸如何影响铝的行为。该小组还积极探索其他材料和微观结构，目标是为电池系统制造非常便宜的箔。

麦克道尔说：“这是一个关于一种早已为人所知的材料的故事，但在电池开发的早期就基本上被放弃了。”“但凭借新知识，结合新技术——固态电池——我们已经找到了如何使这个想法焕发活力并实现真正有前途的性能。”

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