奥地利研发出氧离子电池 比锂电池有更多优势

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【大纪元2023年04月14日讯】(大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导)丢弃的重金属电池对环境造成的污染令人头痛。为解决环保问题,奥地利一所大学研发了一种以陶瓷材料为基础的可充电氧离子电池,生产过程不需要任何稀有元素,且电池还拥有耐高温、可降解、重复利用和极长寿命的优点。

奥地利最古老大学之一的维也纳科技大学(Vienna University of Technology)和西班牙一同研发的这种可充电氧离子电池,有望成为大型储能系统的绝佳解决方案,让那些可再生能源的电能方便储能。该项研究成果3月17日发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)网站上。

论文的作者亚历山大·施密特(Alexander Schmid)博士告诉维也纳科技大学新闻室:“如果你需要一个大型的储能单元储存太阳能或风能产生的电,那么氧离子电池可能是一个很好的解决方案。因为这种较低能量密度的电池不会受到工作温度影响,使用寿命较长,更不会像锂电池存在火灾隐患。”

据介绍,这种氧离子电池仅由固体且阻燃的氧化物组成,当设备出现故障时,其安全性比锂电池要大得多。

研究人员将LSF(含镧、锶和铁元素)作为氧离子电池阴极,而LSCrMn(含镧、锶、铬和锰元素)为阳极,进行充放电循环和阻抗测量。

研究发现,当主要由陶瓷材料和按特定比例混合锶(Sr)、镧(La)、铁(Fe)、铬(Cr)和锰(Mn)金属做成的特殊电极进行充放电时,它可以吸收和释放带双负电荷的氧离子。当对其施加电压时,氧离子从一种陶瓷材料迁移到另一种陶瓷材料,而放电时可以使它们再次迁移回原本的位置,从而产生电流。

目前该电池原型使用的镧金属,属于不完全稀有,但也不完全常见。因此科学家正在尝试使用更便宜的东西取代镧金属,而该电池并未使用到现在充放电电池常用的钴(Co)或镍(Ni)金属。

在进行环境温度测试时,研究人员发现,这种电池可在350°C至400°C温度下正常运行,电池电压为0.6 V,且储存电能容量高达120 mAh/cm3,放电效率接近100%,同时拥有良好的循环性能。

许多电池技术最大的优势在于它的潜在寿命,因为部分的电池经过多次充电循环后,里面的电荷载体在某些情况下无法化学交换,将导致它们的电池容量下降和损坏。例如,锂电池经过多次循环充电后,让锂元素永久性损失,导致其电池容量出现不可逆的下降。

而这种新型电池在电极氧化过程中所消耗的氧,可以通过开放的辅助电极补充丢失的氧气,这些丢失的氧气可以依靠大气中的氧气进行补充,实现电极再生,这使得电池容量不易出现损耗。

尽管这种新型电池不适用于智能手机或电动汽车,因为它只能达到锂电池能量密度的三分之一,但它可以在200°C至400°C的高温下进行运行,远比锂电池更加耐热。

维也纳科技大学化学技术与分析研究所的于尔根·弗莱格(Jürgen Fleig)教授对该校新闻社表示,“这种电池的充放电原理实际上与锂电池非常相似,但我们有材料上的优势。陶瓷做的电池远比锂做的电池耐高温,且不易燃烧起火。”

另外,托比亚斯胡贝尔(Tobias Huber)博士也表示,“陶瓷材料是一个很大优势,它有很好的适应性,同时可以相对容易的取得其他元素,替换那些难以获得的稀有或贵金属元素。”

研究人员相信,这种新型可充电电池可应用到更多领域。◇

责任编辑:连书华

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