大型电池能够长时间存储太阳能和风能，对于成功将这些可再生能源整合到美国电网中至关重要。然而，目前安全可靠的电池技术选择有限，难以推动向可持续能源的转型。近日，研究人员开发了一种具有成本效益和环保特性的铝离子（Al-ion）电池，可能会解决这一问题。
大型电池能够长时间存储太阳能和风能，对于将这些丰富的可再生能源整合到美国电网中至关重要。尽管有这种需求，但安全可靠的电池技术短缺，这阻碍了向清洁可持续能源的转变。研究人员现在创造了一种具有成本效益和环保特性的铝离子（Al-ion）电池，可能满足这些要求。
锂离子（Li-ion）电池因其高能量密度，通常用于许多消费电子设备，如电动工具和电动车辆。然而，锂的高成本使其在公用事业能源存储所需的大规模电池系统中显得不切实际，且Li-ion电池的易燃性带来了严重的安全隐患。可充电的铝离子电池可以作为长期能源储存的潜在替代方案。然而，它们最常用的电解质——液体氯化铝，容易腐蚀铝阳极，并且高度易受潮气的影响，导致腐蚀加重。这些问题导致了电池的稳定性差，电性能随着时间的推移而下降。为了解决这些限制，研究人员王伟、焦叔强及其团队着手创造一种更好的铝离子电池。
研究人员在包含铝离子的电解质中加入了无机铝氟盐，将其转化为固态电解质。铝氟盐具有三维多孔结构，有助于铝离子在电解质中移动，从而增强导电性。此外，在组装铝离子电池时，团队使用了氟乙烯碳酸酯作为界面添加剂，在电极上形成了一层薄薄的固体层，有助于防止铝晶体的积聚，从而损害电池性能。
实验结果显示在耐湿性、物理稳定性和热耐久性方面有显著改善。电池能够承受尖锐物体的反复刺穿，并在高达392华氏度的温度下工作。令人印象深刻的是，这种固态铝离子电池表现出卓越的耐久性，在经历10,000次充放电循环后仍保持超过99%的初始容量。此外，大部分铝氟盐可以通过简单的清洗轻松回收并在另一块电池中重复使用，尽管性能略有下降。这项创新有可能降低铝离子电池的生产成本，同时延长其使用寿命，使其更具可行性。
王伟表示：“这种新型铝离子电池设计展示了持久、成本高效和安全的能源存储解决方案的可能性。能够回收和循环利用关键材料，增强了该技术的可持续性。”研究人员还指出，在电池商业化之前，需要在能量密度和生命周期方面进行进一步改进。
作者感谢中国国家自然科学基金、北京新星项目以及北京科技大学青年教师跨学科研讨项目的资助。
