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佐治亞理工學(xué)院使用鋁箔制造電池 可提高能量密度和穩(wěn)定性
時(shí)間:2023-07-25 08:18來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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目前，下一代長續(xù)航車輛和電動(dòng)飛機(jī)開始進(jìn)入市場，人們正在加緊尋找更安全、成本更低、更強(qiáng)大、性能優(yōu)于鋰離子電池的電池系統(tǒng)。據(jù)外媒報(bào)道，佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）的研究人員使用鋁箔制造能量密度更高、穩(wěn)定性更高的電池。這種新電池系統(tǒng)可以延長電動(dòng)汽車的單次充電續(xù)航，而且制造成本更低，同時(shí)具有環(huán)保性。
（圖片來源：佐治亞理工學(xué)院）
此項(xiàng)研究由該校喬治·W·伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院（George W. Woodruff School of Mechanical Engineering）和材料科學(xué)與工程學(xué)院（School of Materials Science and Engineering）副教授Matthew McDowell負(fù)責(zé)。
用鋁制造電池的想法并不新鮮。研究人員在20世紀(jì)70年代探索鋁電池的潛力，但效果并不好。當(dāng)用于傳統(tǒng)的鋰離子電池，由于鋰離子在材料中出入時(shí)膨脹和收縮，鋁在數(shù)個(gè)充放電循環(huán)內(nèi)就會(huì)斷裂和失效。因此，開發(fā)人員得出結(jié)論，鋁不是一種可行的電池材料。
現(xiàn)在，固態(tài)電池進(jìn)入人們的視野。與采用易燃材料的鋰離子電池不同，固態(tài)電池采用不易燃的固體材料，有望提高安全性。如本研究所示，固態(tài)電池還可以集成新型高性能活性材料。該項(xiàng)目始于佐治亞理工學(xué)院（Georgia Tech）團(tuán)隊(duì)與全球領(lǐng)先鋁制造和回收商諾貝麗斯（Novelis）之間的合作，是佐治亞理工學(xué)院諾貝麗斯創(chuàng)新中心（Novelis Innovation Hub at Georgia Tech）的一部分。
該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將鋁用作電池負(fù)極材料，具有能源、成本和制造方面的優(yōu)勢。但是，在電池測試過程中，純鋁箔很快就會(huì)失效。該團(tuán)隊(duì)采取不同的方法，沒有在鋁箔中使用純鋁，而是添加了少量其他材料，以制造具有特定“微觀結(jié)構(gòu)”或不同材料排列的鋁箔。研究人員測試了100多種不同的材料，以了解它們在電池中的表現(xiàn)。McDowell實(shí)驗(yàn)室的博士生Yuhgene Liu表示：“為了開發(fā)鋁電池負(fù)極，需要結(jié)合一種材料來解決基本問題。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，在固態(tài)電池中新型鋁箔負(fù)極表現(xiàn)出明顯更高的性能和穩(wěn)定性。”
該團(tuán)隊(duì)觀察到，鋁負(fù)極比傳統(tǒng)負(fù)極材料儲(chǔ)存的鋰更多，因此可以儲(chǔ)存更多的能量。最終，研究人員創(chuàng)造出了高能量密度電池，其性能有望超過鋰離子電池。McDowell表示：“鋁負(fù)極可以提高性能，而且極具成本效益。最重要的是，當(dāng)直接使用箔片作為電池組件，實(shí)際上可以省去通常生產(chǎn)電池材料所需的許多制造步驟。”
這為開發(fā)更強(qiáng)大的電池技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。Liu表示：“此次鋁箔負(fù)極研究初步取得成功，為發(fā)現(xiàn)其他潛在的電池材料提供了新的方向。這有望為構(gòu)想更節(jié)能、更具成本效益的電池結(jié)構(gòu)開辟道路。”
目前，該團(tuán)隊(duì)致力于擴(kuò)大電池尺寸，以了解尺寸如何影響鋁的行為。另外，該團(tuán)隊(duì)也在積極探索其他材料和微結(jié)構(gòu)，其目標(biāo)是為電池系統(tǒng)創(chuàng)造超低成本箔。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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