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瑞士发现新型抗腐蚀材料,可提升铝电池使用与效率

钜大LARGE  |  点击量:111次  |  2021年07月27日  

摘要
科学家致力于发展低成本、高效与安全电池,而身为锂电池后起之秀,也有不少科学家关注并不断研发铝电池(aluminiumbatteries),其中瑞士联邦材料科学技术试验室(Empa)与苏黎

科学家致力于发展低成本、高效与安全电池,而身为锂离子电池后起之秀,也有不少科学家关注并不断研发铝电池(aluminiumbatteries),其中瑞士联邦材料科学技术试验室(Empa)与苏黎世联邦理工学院(ETHZ)已找出两种材料,可望提升铝电池效率与新增用途广泛性。


由于铝电池电解质腐蚀性极强,甚至可腐蚀不锈钢与金,因此科学家正在寻找替代材料或是抗腐蚀材料

依据在《AdvancedMaterials》报告,氮化钛(titaniumnitride)与聚芘(Polypyrene)为良好替代材料,前者为导电性高与耐腐蚀性强的合成陶瓷材料,由常见的钛和氮元素组成,且易于制造;后者则为碳氢化合物,储存容量可与石墨相竞争,可做为电池正极材料。


由于铝电池电解质腐蚀性极强,甚至可腐蚀不锈钢与金,因此科学家正在寻找替代材料或是抗腐蚀材料。而氮化钛可是说是该研究的冲破口,该材料比不锈钢更加有效阻挡腐蚀性电解质,同时也能以薄膜加工,如此一来就可以覆涂在电池上的聚合箔(polymerfoils),ETHZ功能性无机材料教授MaksymKovalenko认为,研究可进一步提升氮化物的多功能性。


科学家已成功在试验室打造氮化钛铝电池(见首图)。Kovalenko指出,氮化钛也可以用在金属导体,甚至能将其印刷在塑料上,其潜在使用也不限于铝电池,也可用在钠基电池、镁基电池或高压锂离子电池。


聚芘的分子结构。


第二种材料聚芘则为聚合物分子结构,当其分子链无序集中时,聚芘会具有导电性。Kovalenko表示,分子链之间存有许多空间,可让电解质中较大离子能够渗入电极材料。团队则认为聚芘和氮化钛都是可挠式材料,可望用于可挠式电池,但目前该材料仍处于试验室阶段。


这两项材料发展皆有望提升再生能源的储能使用。当日照强烈与风大时,储能技术可有效储存电力,以免发生缺电或是绿能供过于求的窘境。虽然在储能技术中,锂离子电池效率高,也是当今最为广泛技术,但由于锂矿地球含量比镁、钠与铝还要低,萃取也具困难性,锂离子电池并不适合大范围使用。


报告指出,目前急切要低成本和可大规模使用的固定式电力储能设备,为此目标,今朝已有一波新型电池研潮,而这些电池大多是由地表含量高且易于制造的零件组成。


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