新电池震撼了可再生能源储能

诸平

近年来，太阳能的收集成本已经有了较大幅度下降，以至于传统能源不得不为其让路。但是，储能的挑战（要求具备存储间歇性和季节性变化的太阳能供应的能力）使该技术在经济上无法保持竞争力。

据美国康奈尔大学（Cornell University）2021年4月5日提供的消息，由该校工程学教授林登·阿彻（Lynden Archer）领导的研究人员，一直在探索使用低成本材料来制造可充电电池，从而使储能更加经济。现在，他们已经证明，结合铝的新技术可产生可提供多达10000次无错误循环的可充电电池。这种新型电池可以提供比锂离子电池更安全、更环保的替代品，锂离子电池目前在市场上占主导地位，但除了充电速度较慢之外，并且还存在着起火的危险。相关研究结果已经在《自然能源》（Nature Energy）网站发表——Jingxu Zheng, David C. Bock, Tian Tang, Qing Zhao, Jiefu Yin, Killian R. Tallman, Garrett Wheeler, Xiaotun Liu, Yue Deng, Shuo Jin, Amy C. Marschilok, Esther S. Takeuchi, Kenneth J. Takeuchi, Lynden A. Archer. Regulating electrodeposition morphology in high-capacity aluminium and zinc battery anodes using interfacial metal–substrate bonding. Nature Energy, 2021; DOI: 10.1038/s41560-021-00797-7

铝的优点之一是它在地壳中含量丰富，三价且轻质，因此比许多其他金属具有更高的能量存储能力。但是，铝很难集成到电池的电极中。因为它与玻璃纤维隔板发生化学反应，如果使用玻璃纤维隔板将阳极和阴极物理分隔开，由于化学反应从而导致电池短路并发生故障。研究人员的解决方案是设计一种交织碳纤维基材，该基材与铝形成更牢固的化学键。当电池充电时，铝通过共价键合沉积到碳结构中，即铝和碳原子之间的电子对共享。

尽管传统可充电电池中的电极只有二维，但此技术使用的是三维（或非平面）结构，可以形成更深、更一致的铝层，并且可以对其进行精细控制。在实际条件下，铝阳极电池可逆充电和放电的次数比其他铝可充电电池多一个或多个数量级。上述介绍仅供参考，更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。Aluminum-anode batteries offer sustainable alternative

Abstract

Although Li-based batteries have established a dominant role in the current energy-storage landscape, post-Li chemistries (for example, Al or Zn) are emerging as promising candidates for next-generation rechargeable batteries. Electrochemical cells using Al or Zn metal as the negative electrode are of interest for their potential low cost, intrinsic safety and sustainability. Presently, such cells are considered impractical because the reversibility of the metal anode is poor and the amount of charge stored is miniscule. Here we report that electrodes designed to promote strong oxygen-mediated chemical bonding between Al deposits and the substrate enable a fine control of deposition morphology and provide exceptional reversibility (99.6–99.8%). The reversibility is sustained over unusually long cycling times (>3,600 hours) and at areal capacities up to two orders of magnitude higher than previously reported values. We show that these traits result from the elimination of fragile electron transport pathways, and the non-planar deposition of Al via specific metal–substrate chemical bonding.