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重大突破！美國科學(xué)家研發(fā)3D鋁電極 為低成本環(huán)保電池鋪平道路
時(shí)間:2021-04-08 09:40來源:財(cái)聯(lián)社 作者:綜合報(bào)道
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眾所周知，推動(dòng)可再生能源應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵部分是降低成本，通過對新型、具有成本效益的存儲系統(tǒng)材料的試驗(yàn)，科學(xué)家們又在這一領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。
近期，美國康奈爾大學(xué)（Cornell University）的一個(gè)研究小組提出了一個(gè)引人注目的例子，并證明了這一進(jìn)展的前景：用低成本的鋁制成3D電極，進(jìn)而制成一種循環(huán)壽命很長的環(huán)保電池。
就電池材料而言，鋁有許多吸引人的特點(diǎn)——它廣泛存在于地殼中，重量輕，儲存能量時(shí)容量大。然而，由于鋁會與位于正極和負(fù)極之間的玻璃纖維隔板發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)電池中使用它的努力一直受到短路和故障的困擾。
對此，康奈爾大學(xué)的研究小組認(rèn)為他們已經(jīng)找到了解決方法。研究人員首先將鋁與碳纖維交織的基板結(jié)合在一起。典型的電池電極只有二維，而這個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，其中鋁層可以被精細(xì)地控制，材料通過共價(jià)鍵在電池充電時(shí)均勻地積聚在碳結(jié)構(gòu)上。
該研究主要作者Jingxu Zheng表示，“基本上，我們使用化學(xué)驅(qū)動(dòng)力來促進(jìn)鋁均勻地沉積到該結(jié)構(gòu)的孔隙中。電極要厚得多，動(dòng)力學(xué)速度也快得多。”
通過將這種電極設(shè)計(jì)作為實(shí)驗(yàn)電池的一部分，該團(tuán)隊(duì)研制出了一種可充電設(shè)備，可循環(huán)使用10000次，且沒有任何故障跡象。這預(yù)示著它作為可再生能源電網(wǎng)存儲解決方案的潛力很大。可再生能源通常是間歇性的，需要低成本、高容量的系統(tǒng)，可以在很長一段時(shí)間內(nèi)儲存和釋放能量。
Zheng進(jìn)一步解釋稱，“這種電池的一個(gè)非常有趣的特點(diǎn)是，正極只使用了兩種元素——鋁和碳，這兩種元素既便宜又環(huán)保。”
“它們的生命周期也很長。當(dāng)我們計(jì)算能量儲存的成本時(shí)，我們需要將它攤銷到總能量吞吐量上，這意味著電池是可充電的，所以我們可以使用它很多很多次。因此，如果我們擁有更長的使用壽命，那么這種成本將進(jìn)一步降低。”他補(bǔ)充道。
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