一种新方法可以大大延长廉价、小巧、轻便的金属空气电池的寿命

金属电池是最轻和最紧凑的电池类型之一，但它们可能有一个主要的限制：当不使用时，它们会迅速退化，因为腐蚀会侵蚀它们的金属电极。现在，麻省理工学院的研究人员找到了一种大大减少腐蚀的方法，并使这种电池的保质期更长。虽然典型的可充电锂离子电池在储存一个月后仅损失约5%的电量，但对于许多应用来说，它们太昂贵、太笨重或太重。一次(不可充电)铝空气电池更便宜，更紧凑，重量更轻，但每月可能会损失80%的电量。MIT旨在通过在铝电极和电解质之间引入油屏障来克服铝空气电池中的腐蚀问题——当电池处于待机状态时，两个电池电极之间的流体会吃掉铝。电池一旦使用，油会很快被抽出，换成电解液。因此，能量损失减少到每月0.02%，提高了一千多倍。

这项研究结果今天发表在《科学》杂志上，作者是麻省理工学院的前研究生布兰登j霍普金斯18岁，能源系的凯克教授邵阳霍恩和机械工程系的道格拉斯p哈特教授。霍普金斯说，尽管已经使用了其他几种方法来延长金属空气电池的保质期(也可以使用其他金属，如钠、锂、镁、锌或铁)，但这些方法可能会牺牲性能。大多数其他方法包括用不同的、腐蚀性较低的化学配方替换电解质，但这些替代品会大大降低电池电量。

其他方法包括在储存期间将液体电解质抽出，并在使用前将其抽回。这些方法仍然会严重腐蚀并可能堵塞电池组中的管道系统。因为铝是亲水的(吸收水),即使在电解液从电池组中排出后，剩余的电解液将附着在铝电极表面。霍普金斯解释说，“电池的结构很复杂，所以电解液很容易被抓住”，这导致了持续的腐蚀。新系统的关键是放置在电池电极之间的薄膜。当电池使用时，膜的两侧都充满液体电解质，但当电池处于待机状态时，油被泵入最靠近铝电极的一侧，从而保护铝表面免受电解质的影响。膜的另一面。

新的电池系统还利用了铝的特性，这种特性被称为“水下疏油性”——即当铝浸入水中时，它会排斥表面的油。因此，当电池被重新激活并且电解液被泵回时，电解液容易从铝表面置换油，这恢复了电池的功率容量。具有讽刺意味的是，麻省理工学院的腐蚀抑制方法利用了铝的相同特性来促进传统系统的腐蚀。因此，铝空气原型比传统的铝空气电池具有更长的保质期。研究人员表示，当电池被重复使用，然后待机一两天时，麻省理工学院的设计可以持续24天，而传统设计只能持续3天。研究人员报告说，即使将油和泵系统包括在按比例放大的原铝空气电池组中，它们仍然比电动汽车的可充电锂离子电池组轻5倍，紧凑2倍。

哈特解释说，铝除了非常便宜之外，还是我们所知道的“最高化学能密度的存储材料”之一——也就是说，它能存储和传输的能量比其他任何东西都多，仅次于溴，溴很贵，很危险，具有可比性。他说，许多专家认为，铝空气电池可能是锂离子电池和汽车汽油的唯一可行替代品。铝空气电池已被用作电动车辆的里程延长器，以补充内置的可充电电池，从而在内置电池耗尽时增加许多额外的行驶里程。有时它们也用作偏远地区或一些水下航行器的电源。然而，虽然这些电池可以存放很长时间，但只要不使用，一旦第一次开机，就会开始迅速退化。

哈特解释说，这样的应用程序可以从这个新系统中受益匪浅，因为对于现有版本来说，“你无法真正关闭它。你可以冲洗它，延缓进程，但你不能真的关闭它。”然而，如果一个新的系统被使用，例如，作为一辆汽车的增程器，“你可以使用它，然后把它拉到你的车道上，停一个月，然后回来，仍然希望它有一个可用的电池.我真的认为这是使用这些电池的游戏规则改变者。”霍普金斯表示，由于这种新系统可以提供更长的保质期，铝空气电池的使用可以“超越目前的小众应用”。该团队已经为这一工艺申请了专利。这项研究得到了麻省理工学院林肯实验室的支持。

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