新电池设计延长了低成本,轻量级电池的寿命

新的电池设计延长了低成本电池的寿命

研究人员证明铝在水下排斥油的能力。由研究人员提供

新的电池设计可以大大延长用于电动车辆,离网存储等应用的单用金属电池的保质期。

金属空气电池是目前最轻、最紧凑的电池类型之一,但它们有一个主要的限制:当不使用时,由于腐蚀腐蚀金属电极,它们会迅速降解。现在,麻省理工学院研究人员已经找到了一种方法,可以大幅减少这种腐蚀,使这种电池有可能拥有更长的货架寿命。

虽然典型的可充电锂离子电池仅在一个月的储存后失去了大约5%的费用,但对于许多应用来说,它们太昂贵,笨重或沉重。初级(非称为)铝 - 空气电池昂贵且更紧凑,轻便,但它们每月可以减掉80%的费用。

麻省理工学院设计通过在铝电极和电解质之间引入铝电极和电解液之间的流体来克服铝 - 空气电池的腐蚀问题 - 当电池处于待机状态时,在铝的两个电池电极之间的流体之间。在使用电池后,油迅速泵送并用电解质替换。结果,能量损失为每月仅为0.02% - 超过千元改善。

今天,前麻省理工学院研究生布兰登·j·霍普金斯、w·m·凯克能源教授杨少霍恩和机械工程教授道格拉斯·p·哈特在《科学》杂志上报道了这一发现。

全新电池设计,延长使用寿命

照片显示由研究团队建造的概念证明电池,以展示其系统如何在实践中工作。电池持续到24天的使用和待机循环,相比只有三天的可比较电池,没有新的保护系统到位。由研究人员提供

虽然其他一些方法已经被用来延长金属空气电池的保质期(这种电池可以使用其他金属,如钠、锂、镁、锌或铁),但霍普金斯说,这些方法可能会牺牲电池的性能。大多数其他方法都涉及到用一种不同的、腐蚀性较小的化学配方来替代电解质,但这些替代方法大大降低了电池的电量。

其他方法包括在储存期间将液体电解质抽出,在使用前再放回。这些方法仍然会导致严重的腐蚀,并可能堵塞电池包中的管道系统。因为铝是亲水的(吸水性),即使在电解液被排出包后,剩余的电解液也会粘附在铝电极表面。霍普金斯解释说:“电池的结构很复杂,所以有很多角落可以让电解液进入,”这就导致了持续的腐蚀。

全新电池设计,延长电池寿命

为了证明铝在水下排斥油的能力,研究人员将铝样本放入一个烧杯中,烧杯中有一层浮在水面上的油。当样品进入水层时,所有在下降过程中粘附在表面的油都迅速脱落,显示出水下的亲油性。承蒙研究人员的好意。

新系统的关键是在电池电极之间放置一层薄膜。在使用电池时,膜的双方充满了液体电解质,但当电池是待命,油注入的铝电极,电解液中保护铝表面膜的另一侧。

新的电池系统还利用铝的性质称为“水下疏油性” - 即,当铝浸入水中时,它会从其表面排斥油。结果,当电池被重新激活并且电解质泵回时,电解质容易从铝表面移位油,这恢复电池的功率能力。具有讽刺意味的是,腐蚀抑制的麻省理工学院方法利用铝的相同性质促进传统系统中的腐蚀。

结果是铝 - 空气原型,其保质期比传统的铝 - 空气电池更长。研究人员表明,当电池被重复使用然后待机一到两天时,麻省理工学院设计持续了24天,而传统设计只持续了三个。研究人员报告,即使在缩小的主铝 - 空气电池组中包含油和泵送系统,它们仍然是较轻的较轻,两倍,作为可充电锂离子电池组的紧凑次数。

哈特解释说,铝不仅非常便宜,而且是“我们所知的化学能量密度最高的存储材料之一”——也就是说,它每磅能够存储和传递的能量几乎比任何其他东西都多,只有昂贵而危险的溴可以与之媲美。他说,许多专家认为铝空气电池可能是唯一可行的锂离子电池和汽车汽油的替代品。

铝 - 空气电池已被用作电动车辆的范围扩展器,以补充内置的可充电电池,在内置电池耗尽时增加额外额外的驾驶。它们有时也用作远程位置或一些水下车辆的电源。但是,只要它们在第一次打开时,就可以长时间存储这种电池即可,它们开始迅速降低。

这些应用程序可以从这个新系统中受益匪浅,Hart解释,因为与现有版本一样,“你无法真正关闭它。你可以刷新它并延迟过程,但你无法真正关闭它。“但是,如果使用新系统,例如,作为汽车中的范围扩展器,“您可以使用它,然后将其拉入您的车道并将其停放一个月,然后回来仍然希望它有一个可用的电池。......我真的认为这是在使用这些电池方面的游戏更改器。“

由于这种新系统可以提供更长的保质期,铝空气电池的使用可能“超越目前的利基应用”,Hopkins说。该团队已经为这一过程申请了专利。

俄亥俄州凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的工程学教授Robert Savinell说:“本文介绍的技术很有表现力,它利用基础表面物理来评估所需的油和膜的性能,结果证明了预测的性能。”“这项工作可能确实会减少初级金属-空气电池对高纯度金属和合金的需求,并可能减少电解液添加剂的复杂性。”

Savinell补充说:“从高能量密度的铝空气电池中有效提取可用能量的能力,特别是在间歇性使用的情况下,将有助于开发和改进需要非常高能量密度的扩展操作技术。”

这项研究得到了麻省理工学院林肯实验室的支持。

出版物:Brandon J.Hopkins等,“通过油位移抑制原发性铝 - 空气电池的腐蚀,”2018年11月9日科学:Vol。362,第6415页,第658-661页DOI: 10.1126 / science.aat9149

1评论“新电池设计延长了低成本,轻量级电池的寿命”

  1. 罗纳德•史密斯|2020年5月21日凌晨3:14|回复

    这是真正的新电池的价值是持久的,其成本也是合理的。我想把这篇文章添加到https://assignmentjunkie.co.uk/essay-writer/论坛更好的评论。我希望你继续分享更多。谢谢。

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