奥地利研发出氧离子电池 比锂电池有更多优势

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來源:大纪元


维也纳科技大学以陶瓷材料作为基础的可充电氧离子电池，该电池拥有耐高温、可降解、重复利用和极长寿命的特性。图为该氧离子电池原型。（维也纳科技大学）


【大纪元2023年04月14日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）丢弃的重金属电池对环境造成的污染令人头痛。为解决环保问题，奥地利一所大学研发了一种以陶瓷材料为基础的可充电氧离子电池，生产过程不需要任何稀有元素，且电池还拥有耐高温、可降解、重复利用和极长寿命的优点。
奥地利最古老大学之一的维也纳科技大学（Vienna University of Technology）和西班牙一同研发的这种可充电氧离子电池，有望成为大型储能系统的绝佳解决方案，让那些可再生能源的电能方便储能。该项研究成果3月17日发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）网站上。
论文的作者亚历山大·施密特（Alexander Schmid）博士告诉维也纳科技大学新闻室：“如果你需要一个大型的储能单元储存太阳能或风能产生的电，那么氧离子电池可能是一个很好的解决方案。因为这种较低能量密度的电池不会受到工作温度影响，使用寿命较长，更不会像锂电池存在火灾隐患。”
据介绍，这种氧离子电池仅由固体且阻燃的氧化物组成，当设备出现故障时，其安全性比锂电池要大得多。
研究人员将LSF（含镧、锶和铁元素）作为氧离子电池阴极，而LSCrMn（含镧、锶、铬和锰元素）为阳极，进行充放电循环和阻抗测量。
研究发现，当主要由陶瓷材料和按特定比例混合锶（Sr）、镧（La）、铁（Fe）、铬（Cr）和锰（Mn）金属做成的特殊电极进行充放电时，它可以吸收和释放带双负电荷的氧离子。当对其施加电压时，氧离子从一种陶瓷材料迁移到另一种陶瓷材料，而放电时可以使它们再次迁移回原本的位置，从而产生电流。
目前该电池原型使用的镧金属，属于不完全稀有，但也不完全常见。因此科学家正在尝试使用更便宜的东西取代镧金属，而该电池并未使用到现在充放电电池常用的钴（Co）或镍（Ni）金属。
在进行环境温度测试时，研究人员发现，这种电池可在350°C至400°C温度下正常运行，电池电压为0.6 V，且储存电能容量高达120 mAh/cm3，放电效率接近100%，同时拥有良好的循环性能。
许多电池技术最大的优势在于它的潜在寿命，因为部分的电池经过多次充电循环后，里面的电荷载体在某些情况下无法化学交换，将导致它们的电池容量下降和损坏。例如，锂电池经过多次循环充电后，让锂元素永久性损失，导致其电池容量出现不可逆的下降。
而这种新型电池在电极氧化过程中所消耗的氧，可以通过开放的辅助电极补充丢失的氧气，这些丢失的氧气可以依靠大气中的氧气进行补充，实现电极再生，这使得电池容量不易出现损耗。
尽管这种新型电池不适用于智能手机或电动汽车，因为它只能达到锂电池能量密度的三分之一，但它可以在200°C至400°C的高温下进行运行，远比锂电池更加耐热。
维也纳科技大学化学技术与分析研究所的于尔根·弗莱格（Jürgen Fleig）教授对该校新闻社表示，“这种电池的充放电原理实际上与锂电池非常相似，但我们有材料上的优势。陶瓷做的电池远比锂做的电池耐高温，且不易燃烧起火。”
另外，托比亚斯胡贝尔（Tobias Huber）博士也表示，“陶瓷材料是一个很大优势，它有很好的适应性，同时可以相对容易的取得其他元素，替换那些难以获得的稀有或贵金属元素。”
研究人员相信，这种新型可充电电池可应用到更多领域。