MIT、莫斯科大學(xué)共同研發(fā)金屬空氣電池

麻省理工學(xué)院(MIT)材料加工中心與莫斯科國立大學(xué)共同成立了Skoltech電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存中心(CEES)，參與合作項(xiàng)目的研究人員正致力于開發(fā)擁有更高儲(chǔ)能容量的電池。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存中心得到了Skolkovo理工學(xué)院的扶持，屬于一個(gè)綜合性機(jī)構(gòu)，既可以用于理論研究，也可以用來教學(xué)，還能夠開展創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)。電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存中心有著三項(xiàng)主要的研究課題：先進(jìn)的鋰離子和多價(jià)離子電池組研發(fā)，可再充電的金屬空氣電池組研發(fā)，以及可逆的低溫和高溫燃料電池研發(fā)。

先進(jìn)鋰離子和多價(jià)離子電池研發(fā)的關(guān)注重點(diǎn)包括：尖端電極材料(例如磷酸鋰鐵、硼酸鋰鐵、氟磷酸鋰鐵、釩酸鋰，它們都為高壓或者高容量材料)，高級(jí)的電解液和溶液-電極界面材料，多價(jià)離子電池，新穎的多微孔分離器，以及專門為氧化還原體系設(shè)計(jì)的全新質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合膜。課題研究團(tuán)隊(duì)日前在《先進(jìn)儲(chǔ)能材料》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述了在電容器中把鋁離子作為能量?jī)?chǔ)存物質(zhì)的機(jī)理。相比于鋰，鋁資源更加豐富，而且原材料成本較低。

鋁離子研究的初衷，是為了尋找到比鋰離子擁有更高電荷密度的材料。相比于每個(gè)鋰離子只能傳遞一個(gè)電荷，鋁離子能夠傳遞三個(gè)電荷，因此更具優(yōu)勢(shì)。從而使得鋁離子電池組充電儲(chǔ)能容量更大、比重密度更高，換句話說同樣的尺寸或重量前提下，鋁離子電池組有著更高的儲(chǔ)能密度或儲(chǔ)能總量。還有一些工作圍繞鈉開展，因?yàn)殁c在地球上非常豐富，可以作為鋰的一種不錯(cuò)替代品;雖然鈉有助于降低成本，但是每個(gè)鈉離子也僅僅傳遞一個(gè)電荷。

可再充電金屬空氣電池組的關(guān)鍵是檢測(cè)鋰是否可以以氧化物的形式(過氧化鋰)儲(chǔ)存，而過氧化鋰具有大幅提高能量?jī)?chǔ)存密度的潛力，并且在發(fā)揮作用時(shí)是可逆的。相關(guān)研究主要涉及：納米結(jié)構(gòu)的氧化催化劑與電極的合成，電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)性的原位研究，新穎的電極設(shè)計(jì)，溶劑對(duì)氧化還原反應(yīng)電位勢(shì)的影響，過氧化鋰和氧化鈉的成核增長(zhǎng)現(xiàn)象，溶劑-電極界面的原位投射電子顯微分析，以及氧化物的原位X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜研究。

可逆燃料電池研究目前有三個(gè)關(guān)注要點(diǎn)：中間溫度固體氧化物燃料電池，聚合物電解質(zhì)燃料電池，以及可逆燃料/電解電池。從中短期潛力來看，相比于傳統(tǒng)化石燃料，高溫固體氧化物燃料電池和固體氧化物電解電池能夠把能量效率提高一倍，同時(shí)大幅度降低溫室氣體的排放;長(zhǎng)遠(yuǎn)角度而言，有助于太陽能、風(fēng)能等可再生能源的推廣。固體氧化物燃料電池的重要目標(biāo)是，優(yōu)化化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)化效率，通過降低工作溫度來提高元件使用壽命，另外盡可能的降低生產(chǎn)成本。

開發(fā)更潔凈的替代燃料，最小化碳?xì)浠衔锏氖褂昧?，以最少的二氧化碳排放為代價(jià)，最優(yōu)化燃料效能是未來所必需的。高溫系統(tǒng)擁有很多優(yōu)勢(shì)，特別是在二氧化碳分解方面，并且可以幫助降低材料成本和提高整體效能。因?yàn)樘柲芎惋L(fēng)能屬于間歇性資源，只有在太陽升起或者刮風(fēng)的時(shí)候才能產(chǎn)生電能，所以收集和儲(chǔ)存能量以備后用的方法是非常重要的。燃料電池與化學(xué)電解作用結(jié)合在一起，就可以實(shí)現(xiàn)這樣的作用。其中一種方法是從水中生成氫氣，再把氫氣存儲(chǔ)起來，形成能量到可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)變。