西班牙研發鈣電池替代鋰電池

2022年02月22日15:41

參考消息網2月22日報導 據西班牙《國家報》網站2月15日報導,西班牙研究人員正在研發一種用鈣代替鋰的原型電池。

自發現電以來,發明家們一直致力於尋找儲存電能的方法。沒過多久,電池就成為最常見的化學儲能方式,但為了使電池便於攜帶以及可充電,他們又耗費了幾個世紀的時間來調整電池的元素組合,最終形成了今天人類賴以生活和生產的電池設備。

作為便攜式電子設備時代的真正主角,鋰離子電池似乎註定要取得空前的成功。鋰的提取成本高昂,處理起來也很危險,這使其變得難以加工和回收。對鋰的需求超過了可用的資源。鋰資源的特點是在地理上孤立分佈(在澳州荒野等地方被人發現),這提升了鋰供應鏈的複雜性。

歐盟的數據顯示,到2050年,要滿足電動汽車的電池需求,以及儲存達到歐盟綠色協議設定的碳排放目標所需的可再生能源,歐盟需要的鋰將是當前供應的60倍。

基於此前提,巴塞羅那材料科學研究所的羅莎·帕拉辛等研究人員,正試圖利用歐洲現有的儲量更豐富的元素,來製造具有相似性能的電池。她和她率領的團隊(成員來自多個歐盟國家)已著手研製基於鈣的原型電池。鈣在元素週期表中的位置靠近鋰。該計劃由隸屬歐洲創新理事會的一項基金資助,並被命名為CARBAT項目。

鈣是一種極為常見的元素,儲量約為鋰的2000倍,存在於骨骼、黏土等許多其他物質中。帕拉辛說:“它是地殼中最豐富的元素之一。它不像鋰那樣集中在特定的地理區域。而如果原材料成本低廉,那麼用其製造的電池也能具備這樣的優勢。”

與鋰離子電池使用石墨作為負極相比,使用鈣作為負極更有優勢,因為它的能量密度更高,即每公斤儲存能量的能力更強。

帕拉辛說:“用這種配置的話,理論上,我們可以在使用金屬作為電極之一的情況下,使能量密度達到非常高的水平。”

鋰離子電池的能量密度無法達到這種水平,因為它們不能使用高活性的金屬鋰作為電極。這樣做通常會形成微小的剛性樹狀結構,稱為樹突,多次使用後可能會導致電池短路甚至爆炸。

帕拉辛說:“在電動汽車使用相同規格電池的情況下,如果能找到合適的正極,將能夠延長續航里程。”

然而,選擇打造原型電池所需的其他組件(例如離子流過的電解液)的過程很複雜。帕拉辛說:“鈣離子和溶劑分子之間的許多相互作用發生在電解液中,這會降低鈣的流動性。”電解液出色的導電性將有助於離子加快移動速度,從而增大電池的功率。

為了克服這一障礙,研究人員開發了各種鹽和溶劑的模型,為的是找到一種能夠在鈣電極上形成鈍化層以促進離子移動的電解液。帕拉辛說:“似乎所有發揮功效的電解液都含有硼。”

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