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大规模能源存储革命-更好的多价金属电池

他们建议下一步寻找大规模的能源储存解决方案。

锂离子电池因其高能量密度而被广泛应用于从移动电话到笔记本电脑和电动汽车的各种产品中,但随着对电网规模的储能和其他应用的需求日益迫切,研究人员已经开始寻找更便宜、更容易获得的锂替代品。

使用更丰富的多价金属的电池将彻底改变能量存储。研究人员回顾了多价金属离子电池的研究现状,并在《自然能源》杂志上为未来的工作提供了路线图。使用镁、钙、锌和铝;所有这些国家都有巨大的希望,但也面临着满足实际需求的严峻挑战。

在这篇综述中,我们阐明了多价金属电池的主要优势以及常见的误解,休斯敦大学卡伦工程学院电子与计算机工程副教授、论文共同通讯作者闫耀说。在能源密度不断上升的竞争中,多价金属离子电池最好被视为大规模储能的替代解决方案,而不是锂电池的直接竞争对手。

研究人员还检查了金属阳极的生长行为。虽然镁是一种很有前途的材料,姚说,重要的是要注意,它不能保证在平板上普遍无枝晶形态。只有在选定的电解质溶液中,没有副作用,活性金属表面没有钝化,镁片负剥离的库仑效率接近统一时,它才会这样做。他说。

姚同时也是德州超导中心的首席研究员。

Yanliang“; Leonard”梁是哈佛大学电子与计算机工程系的研究助理教授,也是论文的第一作者,他说论文对现有阴极材料的评述也提供了新的见解。我们也讨论设计策略,使真正的多价金属离子基储能材料具有竞争力的性能,他说。

Researchers’要点包括:

对锂的可用性和成本的担忧引发了人们对替代电池技术的兴趣,这些技术使用更丰富的元素,具有更高的能量密度和增强安全性的潜力。主要的候选金属包括镁、钙、锌和铝,所有这些都被称为多价金属,或具有多个价电子的金属

这些多价金属离子电池在工作原理上与锂离子电池有许多相似之处,这表明它们可以迅速被工业界采用

以前对这些电池的预期能量密度的评估通常只考虑了多价金属阳极。仅仅是电池的两个电极中的一个。这往往会得出误导的结论。研究人员在阳极和阴极的基础上对能量密度进行了重新评估,旨在使这些电池在能量存储领域处于更好的位置

直接使用金属作为阳极是这些电池的安全和能量密度承诺的一个重要方面,但围绕这些阳极的可行性存在不确定性

电解质溶液和对相关界面现象的理解正在改善,但仍远未建立

寻找好的正极材料需要考虑传统电池研究中不常见的问题。多价电池阴极的离子存储机理比锂离子电池要复杂得多。阴极化学的错误解释是惊人地广泛在文献作为结果

研究人员还发布了一系列建议,以确保未来的研究直接针对改善电池,包括:

更好地理解金属阳极的生长行为,这是实现锂离子电池的安全承诺的关键一步

正确评估金属阳极与电解质溶液的相容性和保护涂层的有效性的实践

正确解释阴极离子存储机制的程序和技术

设计更好的阴极材料的方法

最先进的组件对比表–金属阳极、电解液和阴极材料;对于基于可能替代锂的多种金属元素的电池,发现尽管有些电池比其他的更先进,但没有一种可供商业化使用。

课题组主要从事镁等多价金属电池的材料化学与设计研究;他在顶级期刊上发表了大量文章。

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参考文献:多价金属离子电池的现状和未来发展方向梁艳亮,董辉,Doron Aurbach, Yan Yao, 2020年7月16日,自然能源

DOI: 10.1038 / s41560 - 020 - 0655 - 0

除了姚和梁,合著者还包括UH的共同第一作者董辉和以色列Ramat-Gan Bar-Ilan大学的共同通讯作者Doron Aurbach。这项工作得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持,是电池500联盟在DE-EE0008234合同下的一部分。

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