用有机化合物取代传统石墨,铝电池能量密度翻倍成长

2020-07-24
用有机化合物取代传统石墨,铝电池能量密度翻倍成长

在过去的铝电池研究中,大多科学家都把石墨、石墨烯当作阴极,但石墨储存量不足,石墨烯又是神奇超导材料、价格不斐,对此瑞典科学家决定改用新材料:有机化合物蒽醌(音同恩昆),花得更少、更环保、能量密度还提升 2 倍。

虽然说锂离子电池是目前最常见的电池之一,但若是有另一种更便宜、材料来源丰富的电池诞生,未尝不是一件好事,其中铝是地壳中丰度最大的金属、石墨也容易取得,铝、石墨相关产业也相当成熟,这些原因使得铝电池具有蕴藏丰富、价格低廉优势。

只不过铝电池尚未大规模商业化也不是没有原因,石墨阴极的储电容量太低,性能没办法激起大众的兴趣,而为了加速铝电池研究进展、提高能量密度,瑞典查尔摩斯工学院与斯洛维尼亚国家化学研究所携手合作,将不再用石墨製作阴极,用有机物蒽醌取而代之。

蒽醌是种常见于自然界、工业的碳基有机物,可以在芦荟、何首乌、真菌、昆虫,又或是人工染料中发现它们的身影,研究员指出,蒽醌阴极能从电解质中储存正电载流子,因此可大幅提升电池的能量密度,最终将能量密度提高至过去的 2 倍以上。

不过科学家也表示,研究还有许多进步空间,首先要先消除电解质中的氯。先前瑞士联邦材料科学技术实验室与苏黎世联邦理工学院也有投入铝电池研究,他们也致力于解决电解质问题,当时团队指出,铝电池电解质腐蚀性极强,甚至可腐蚀不锈钢与金,还在寻找替代材料或是抗腐蚀材料。

查尔摩斯工学院物理教授 Patrik Johansson 表示,目前铝电池的能量密度是锂离子电池的二分之一,未来希望能达到相同水準。研究员 Niklas Lindahl 则补充,即使如此,铝电池生产成本更低、经济利益优势也更高。

用有机化合物取代传统石墨,铝电池能量密度翻倍成长

Johansson 打包票,新设计的铝电池不管是在材料成本,还是环境负荷,竞争力都比当今採用的电池还要高,原则上,铝也是比锂金属更好的电荷载体,未来或研发有成,就能用在太阳能、风力发电等大型电池储能系统。

不过虽说铝电池没有达到大规模商业化,但已经有厂商进度超前了,先前台湾工研院与美国史丹佛大学合作,成功开发出全球第一个可以稳定充放电的铝电池,只要 1 分钟便可完成充电,重複充放电逾万次也能维持高储电效率,最重要的是,遇到外力冲击也不会爆炸燃烧。

今年 8 月三阳也宣布,将转投资承袭工研院技术的「亚福储能公司」生产新一代铝电池,在南科路竹园区设立铝电池厂,一代厂预计明年 6 月就将开始生产,二代厂都计划于 2022 年完工投产。