佐治亚理工学院开发出更安全、更便宜、更强劲的电池

佐治亚理工学院的工程师们正在开发一种更安全、更便宜、更强大的锂离子电池替代品。

照片提供：佐治亚理工学院

但是，制造商们正在开始拓展锂离子技术的极限。下一代电动汽车需要更轻、续航时间更长的替代品。

佐治亚理工学院的工程师们正在开发一种更安全、更便宜、更强大的锂离子电池替代品。他们正在使用铝箔制造能量密度更高、稳定性更强的电池。

佐治亚理工学院机械工程和材料科学副教授马修-麦克道尔（Matthew McDowell）博士说："我们一直在寻找能量密度更高的电池，这样电动汽车充电后就能行驶更长的距离。"有趣的是，我们可以使用铝作为电池材料，因为它成本效益高、可回收性强、易于加工"。

与传统的锂离子设备相比，铝箔可以制造出能量密度更高、稳定性更强的电池。

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麦克道尔认为，用铝制造电池的想法并不新鲜。这一概念在 20 世纪 70 年代就已提出，但效果并不理想。

在传统的锂离子电池中使用铝时，由于锂在材料中进进出出，铝会发生膨胀和收缩，在几个充放电周期内就会断裂和失效。

固态电池的出现促使工程师们重新审视这种材料。锂离子电池含有易燃液体，可能导致火灾，而固态电池含有固体材料，不易燃，因此可能更安全。固态电池还能集成新型高性能活性材料。

作为佐治亚理工学院 Novelis 创新中心的一部分，McDowell 团队与领先的铝制造商 Novelis 合作开展了这项研发计划。工程师们知道，如果将铝用作电池阳极的材料，将会带来能源、成本和制造方面的优势，但是纯铝箔在电池测试中很快就会失效。

麦克道尔和他的同事们决定另辟蹊径。他们没有在铝箔中使用纯铝，而是在铝中添加了少量其他材料，从而制造出具有特殊微观结构的铝箔。他们测试了 100 多种不同的材料，以了解它们在电池中的表现。

在固态电池中使用铝箔阳极后，其性能和稳定性都得到了显著提高。与传统的阳极材料相比，它可以储存更多的锂，从而储存更多的能量。

麦克道尔称："我们的铝阳极让我们感到兴奋的好处之一是，它不仅能提高性能，而且还非常具有成本效益。"除此之外，当直接使用铝箔作为电池组件时，我们实际上省去了很多通常生产电池材料所需的制造步骤。"

麦克道尔认为，这项新技术可能有利于正在开发的新型电动汽车，例如短程电动飞机，但限制因素是电池。目前的电池所能容纳的能量不足以为飞行距离超过 150 英里左右的飞机提供动力。

这种固态电池可用于驱动下一代电动汽车。

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佐治亚理工学院的工程师们目前正在努力扩大电池的尺寸，以了解尺寸如何影响铝的性能。他们还在探索其他材料和微结构，目标是为电池系统制造出非常廉价的铝箔。

麦克道尔说："这是一个关于一种材料的故事，人们对这种材料的了解由来已久，但在电池开发的早期，这种材料基本上被放弃了。"但是，凭借新的知识，结合新的技术--固态电池，我们已经找到了如何让这一想法重新焕发活力并实现真正有前途的性能的方法。