相關(guān)論文發(fā)表于期刊《Nature》。該論文對這種新電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，即使用鋁和硫作為兩種電極材料，并使用熔鹽作為電解質(zhì)置于中間。
圖片來源：麻省理工學(xué)院
麻省理工學(xué)院教授Donald Sadoway表示：“我想發(fā)明出一種比鋰離子電池更好的電池，用于小型固定存儲，并最終用于汽車。研究元素周期表時，我發(fā)現(xiàn)鋁是市場上第二豐富的金屬，也是地球上最豐富的金屬，因此選擇鋁作為電池研究的新方向。”
研究人員決定將鋁用作一個電極，并將非金屬中最便宜的硫作為第二電極的材料。至于電極之間的電解質(zhì)，研究人員首先排除了易揮發(fā)且易燃的有機(jī)液體，然后嘗試各種聚合物，最終確定使用熔點相對較低(接近水的沸點)的熔鹽。這樣當(dāng)溫度降低到體溫時，制造電池就無需特殊絕緣和防腐措施。
在實驗中，該團(tuán)隊表明，該電池可以以極高的充電率承受數(shù)百次循環(huán)，預(yù)計每個電池的成本約為同類鋰離子電池的六分之一。研究人員稱，充電速率很大程度上取決于工作溫度，110℃下的充電速率是25℃下的25倍。
令人驚訝的是，該團(tuán)隊僅僅因為熔點低而選擇熔鹽作為電解質(zhì)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)該材料還有其他意想不到的優(yōu)勢。電池可靠性的最大問題之一是枝晶的形成，枝晶是在一個電極上形成的窄金屬尖峰，最終會生長到另一個電極上，從而導(dǎo)致短路并影響效率。但是這種特殊的鹽可有效防止枝晶生成。
Sadoway表示：“研究采用的氯鋁酸鹽可基本上消除失控的枝晶，同時還允許超快速充電。我們以非常高的充電速率進(jìn)行了實驗，充電時間不到一分鐘，但卻從未因枝晶短路而毀壞電池。”
更重要的是，該電池不需要外部熱源來維持其工作溫度。熱量是通過電池的充電和放電以電化學(xué)方式自然產(chǎn)生的。Sadoway表示：“電池充放電時都會產(chǎn)生熱量，從而可以防止鹽結(jié)晶。例如，在太陽能發(fā)電設(shè)施用于負(fù)載均衡的典型裝置中，通常是在陽光明媚的時候儲存電力，然后在天黑后取電，而充電-空閑-放電-空閑這一流程足以產(chǎn)生足夠的熱量來保持物體的溫度。”
研究人員稱這種新的電池結(jié)構(gòu)非常適合為單個家庭或中小型企業(yè)供電，以提供所需約數(shù)十千瓦時的存儲容量。
Sadoway稱較小規(guī)模的鋁硫電池也將適用于電動汽車充電站等用途。當(dāng)電動汽車越來越普及，多輛電動汽車可能會同時需要充電，當(dāng)前供電線路電量可能無法滿足快充。而新的電磁系統(tǒng)可以儲存電力，因此可在需要時釋放電力，從而避免安裝昂貴的新電源線。
除了麻省理工學(xué)院的Donald Sadoway外，該研究團(tuán)隊還有來自中國北京大學(xué)、云南大學(xué)和武漢理工大學(xué)的學(xué)者，以及來自肯塔基州路易斯維爾大學(xué)(University of Louisville,)、加拿大滑鐵盧大學(xué)(University of Waterloo)、田納西州橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的學(xué)者。
