好的電池需要滿足兩個條件：為設備供電的高能量密度和穩定性，因此可以安全可靠地充電數千次。在過去的三十年中，鋰離子電池一直占據主導地位，在智能手機、筆記本電腦和電動汽車中證明了其性能。

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但電池研究人員已經開始接近鋰離子的極限。隨著下一代遠程車輛和電動飛機開始進入市場，人們正在加緊尋找更安全、更便宜、更強大、性能優于鋰離子電池的電池系統。

由喬治·W·伍德拉夫機械工程學院和材料科學與工程學院副教授MatthewMcDowell領導的佐治亞理工學院研究小組正在使用鋁箔制造具有更高能量密度和更大能量的電池。穩定。該團隊的新電池系統在《自然通訊》中詳細介紹，可以使電動汽車一次充電運行更長時間，并且制造成本更低，同時對環境產生積極影響。

麥克道爾說：“我們一直在尋找能量密度更高的電池，這將使電動汽車一次充電可以行駛更遠的距離。”“有趣的是，我們可以使用鋁作為電池材料，因為它具有成本效益、高度可回收且易于使用。”

用鋁制造電池的想法并不新鮮。研究人員在20世紀70年代研究了它的潛力，但效果不佳。

當用于傳統的鋰離子電池時，由于鋰進出材料時的膨脹和收縮，鋁會在幾次充放電循環內破裂并失效。開發人員得出的結論是，鋁不是一種可行的電池材料，因此這個想法基本上被放棄了。

現在，固態電池已經進入人們的視野。鋰離子電池含有可能導致火災的易燃液體，而固態電池含有不易燃的固體材料，因此可能更安全。正如本研究所示，固態電池還可以集成新型高性能活性材料。

該項目最初是佐治亞理工學院團隊與領先的鋁制造商和全球最大的鋁回收商諾貝麗斯之間的合作，是佐治亞理工學院諾貝麗斯創新中心的一部分。研究小組知道，當鋁用作電池陽極(電池帶負電的一側，用于儲存鋰以產生能量)的材料時，將具有能源、成本和制造方面的優勢，但純鋁箔在電池中測試時很快就會失效。。

該團隊決定采取不同的方法。他們沒有在箔中使用純鋁，而是在鋁中添加了少量其他材料，以制造具有特定“微觀結構”或不同材料排列的箔。他們測試了100多種不同的材料，以了解它們在電池中的表現。

“我們需要采用一種材料來解決鋁作為電池陽極的基本問題，”博士YuhgeneLiu說。麥克道爾實驗室的學生和該論文的第一作者。“與傳統的鋰離子電池相比，我們的新型鋁箔陽極在固態電池中實現時性能和穩定性顯著提高。”

佐治亞理工學院馬修·麥克道爾實驗室制造的固態電池。圖片來源：佐治亞理工學院

研究小組觀察到，鋁陽極比傳統陽極材料可以儲存更多的鋰，因此可以儲存更多的能量。最終，他們創造了高能量密度電池，其性能可能優于鋰離子電池。

“我們對鋁陽極感到興奮的好處之一是它可以提高性能，而且非常具有成本效益，”麥克道爾說。“最重要的是，當直接使用箔作為電池組件時，我們實際上刪除了生產電池材料通常所需的許多制造步驟。”

多家公司正在開發短程電動飛機，但限制因素是電池。如今的電池無法容納足夠的能量來為飛機提供飛行距離超過150英里左右的動力。需要新的電池化學物質，麥克道爾團隊的鋁陽極電池可以為更強大的電池技術打開大門。

“這些鋁箔陽極的初步成功為發現其他潛在電池材料提供了新方向，”劉說。“這有望為重新構想更加能源優化和更具成本效益的電池架構開辟道路。”

該團隊目前正在努力擴大電池的尺寸，以了解尺寸如何影響鋁的行為。該小組還積極探索其他材料和微觀結構，目標是為電池系統制造非常便宜的箔。

麥克道爾說：“這是一個關于一種早已為人所知的材料的故事，但在電池開發的早期就基本上被放棄了。”“但憑借新知識，結合新技術——固態電池——我們已經找到了如何使這個想法煥發活力并實現真正有前途的性能。”

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