相關(guān)論文發(fā)表于期刊《Nature》。該論文對(duì)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(lái)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(chǔ)，并最終用于汽車。研究元素周期表時(shí)，我發(fā)現(xiàn)鋁是市場(chǎng)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(gè)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(diǎn)相對(duì)較低(接近水的沸點(diǎn))的熔鹽。這樣當(dāng)溫度降低到體溫時(shí)，制造電池就無(wú)需特殊絕緣和防腐措施。

在實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)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(jì)每個(gè)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(duì)僅僅因?yàn)槿埸c(diǎn)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(shì)。電池可靠性的最大問(wèn)題之一是枝晶的形成，枝晶是在一個(gè)電極上形成的窄金屬尖峰，最終會(huì)生長(zhǎng)到另一個(gè)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(shí)還允許超快速充電。我們以非常高的充電速率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，充電時(shí)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(lái)維持其工作溫度。熱量是通過(guò)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(shí)都會(huì)產(chǎn)生熱量，從而可以防止鹽結(jié)晶。例如，在太陽(yáng)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(yáng)光明媚的時(shí)候儲(chǔ)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(lái)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(gè)家庭或中小型企業(yè)供電，以提供所需約數(shù)十千瓦時(shí)的存儲(chǔ)容量。

Sadoway稱較小規(guī)模的鋁硫電池也將適用于電動(dòng)汽車充電站等用途。當(dāng)電動(dòng)汽車越來(lái)越普及，多輛電動(dòng)汽車可能會(huì)同時(shí)需要充電，當(dāng)前供電線路電量可能無(wú)法滿足快充。而新的電磁系統(tǒng)可以儲(chǔ)存電力，因此可在需要時(shí)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(duì)還有來(lái)自中國(guó)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(lái)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)的學(xué)者。