铝空气电池已经出现了很长一段时间了,但近些时间来人们对这项技术的兴趣正变得越来越大。在2002年,一篇发表在Journal of Power Sources杂志上文章将这项技术放到了聚光灯下面,那时一组研究人员认为铝空气电池是唯一可以代替汽油的选择。理论上来讲,这种电池的容量可以达到锂离子电池的40倍,而Phinergy则声称他们可以利用这项技术将电动汽车的行驶距离提升到1000英里(约1600千米)。
那么,我们还要多久才能用上这种电池呢?这种形式的能量产生模式有一个固有的缺陷。当铝和氧气发生反应产生能量时,可用的铝含量会随着放电而减少。另外,这种电池只有一个电流方向:从阳极到阴极。这就意味着这种电池是不能充电的,所以当电池的电用光之后,必须取下来回收更换新的电池。
这极大地限制了铝空气电池的大规模应用推广。但是对于电动汽车来说,如果服务站的基础设施配置好了,那么这项技术倒是一个非常不错的选择。密歇根大学电池实验室的Greg Less说:“但在那之前,可充电电池,如锂离子电池才是最佳的选择。”对于小型电子设备而言,铝空气电池显然是不可取的,因为这就意味着我们需要经常更换电池。
关于铝空气电池的研究还在继续,有好几家公司都宣称自己将在未来几年内推出商业可用的铝空气电池。最近一家名为Fuji Pigment的公司声称自己已经在铝空气电池上取得了突破性的进展。该公司称找到了使用绝缘材料保护铝材料的方法,所以可以铝空气电池的再充电。
即使这一波铝空气电池的浪潮最后失败了,但研究人员也已经将铝看作是未来电池的基本材料之一。现在这是一个十分热门的领域,就在我写这篇文章的时候,斯坦福大学的一个实验室就宣布成功利用铝和石墨烯以及一种安全的液体电解质开发出了一种新电池。该研究小组称这种电池可以在1分钟内完全充好电,并且在被钻破的情况下还能继续保持工作。当然,这种电池还有很多工作要做。
微型电池
传统电池的另一个问题是它们的尺寸。尽管我们的设备上的每一个部件都在变小,但是电池却依然还是那么大。比如说,最新款的苹果笔记本电脑的厚度基本上都是电池撑起来的,尽管在设计上采用超高效的分层结构,但电池仍然占据了大量的空间。
这个问题不仅出现在笔记本上面。医疗植入式设备也需要能够植入到人体内的小型电池。空间应用设备对重量也有严格的要求,就是越轻越好。另外随着可穿戴设备的带来,对电池的敏感度也越来越高。
越来越多的研究开始集中到所谓的3D微电池上面。那么2D和3D有什么不同呢?你可以将2D看作是一个简单的平面,上面有两个电极,中间是电解质。他们可以做到非常薄,但是电池的功率也相对更低。
相比之下,3D则是在微观层面上增加电极的层数来增加电极的表面积。表面积增加后,离子从一个电极移动到另一个电极也更加容易,这就增加了电池的功率密度,提高了电池充放电的速率。