如何延長金屬空氣電池的使用壽命

TIME: 2019-01-11 新聞資訊

金屬空氣電池是最輕的電池類型之一，但它們可能有一個主要限制：當不使用時，它們會迅速降解，因爲腐蝕會侵蝕其金屬電極。現在，麻省理工學院的研究人員已經找到了一種大幅減少腐蝕的方法，使這種電池的保質期更長。

雖然典型的可充電锂離子電池在儲存一個月後僅損失約5％的電量，但對于許多應用而言，它們太昂貴，重量太重。初級（不可充電）鋁空氣電池更便宜，重量更輕，但每個月可能會損失80％的電量。MIT設計通過在鋁電極和電解質之間引入油屏障來克服鋁空氣電池中的腐蝕問題，兩個電池電極之間的流體在電池待機時吸收掉鋁。一旦使用電池，油就會快速抽出並用電解液代替。結果，能量損失每月減少到0.02％，超過千倍的改善。

雖然已經使用了其他幾種方法來延長金屬空氣電池的保質期，但這些方法可能會犧牲性能，大多數其他方法涉及應用不同的，腐蝕性較小的化學配方替換電解質，但這些替代方案大大降低了電池功率。其他方法包括在儲存期間將液體電解質泵出並在使用前將其泵回。這些方法仍然能夠顯著腐蝕並且可能堵塞電池組中的管道系統。因爲即使在電解質從電池組中排出之後，鋁也是吸水的，剩余的電解質將粘附在鋁電極表面上。電池具有複雜的結構，因此電解液容易被吸住，這導致持續的腐蝕。

新电池系统的关键是放置在电池电极之间的保护。当使用电池时，保护板的两侧都充满了液体电解质，但是当电池处于待机状态时，油被泵入最靠近铝电极的一侧，从而保护铝表面免受电解液的影响。新电池系统还利用了铝的特性，称为“水下疏油性” – 也就是说，当铝浸入水中时，它会从表面排斥油。结果，当电池重新激活并且电解质被泵回时，电解质容易从铝表面置换油，这恢复了电池的电力的能力。具有讽刺意味的是，麻省理工学院的腐蚀抑制方法利用了铝的相同特性，促进了传统系统的腐蚀。结果是铝空气原型具有比传统铝空气电池更长的保质期。研究人员表示，当电池重复使用然后待机一到两天时，麻省理工学院的设计持续了24天，而传统的设计只持续了三天。研究人员报告说，即使在按比例放大的原铝空气电池组中包含油和泵系统，它们仍然比电动汽车的可充电锂離子電池组重量轻5倍。

除了非常便宜之外，铝是我们所知道的最高化学能量密度储存材料之一，也就是说，它能够储存和输送比每个其他任何东西更多的能量，只有溴，这是昂贵和危险的，具有可比性。许多专家都认为铝空气电池可能是锂離子電池和汽车汽油的唯一可行替代品。铝空气电池已被用作电动车辆的增程器，以补充内置可充电电池，以在内置电池耗尽时增加许多额外的行驶里程。它们有时也用作偏远地区或某些水下航行器的电源。但是，虽然这些电池可以长时间存放，只要它们未被使用，一旦它们第一次打开，它们就会开始迅速降解。

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