革新大规模储能：更好的多价金属电池

时间：2022-02-28 15:58:05来源：

研究人员报告说，尽管镁和其他多价金属显示出高密度储能的前景，但仍然存在许多障碍。

他们建议了寻找大规模储能解决方案的下一步。

锂离子电池以其高能量密度而闻名，从手机到笔记本电脑到电动汽车，但随着对网格规模的能量存储和其他应用的需求变得越来越紧迫，研究人员寻求了更便宜，更易获得的替代品。锂。

使用更丰富的多价金属的电池可能会彻底改变能量存储。研究人员回顾了多价金属离子电池研究的现状，并为《自然能源》的未来工作提供了路线图。他们报告说，使用镁，钙，锌和铝的顶级候选人都具有很大的希望，但要满足实际应用也面临着严峻的挑战需要。

休斯敦大学库伦工程学院电气与计算机工程副教授，《华盛顿大学物理学报》的共同作者，作者姚耀表示：“在这篇评论中，我们阐明了多价金属基电池的关键优势以及常见的误解。”纸。“在日益增长的能量密度目标的竞争中，多价金属离子电池被视为大规模储能的替代解决方案，而不是锂基电池的直接竞争对手。”

研究人员还检查了金属阳极的生长行为。虽然镁是一种很有前途的材料，但姚明说，重要的是要注意，不能保证以无枝晶的形态普遍镀覆。他说：“只有在没有副反应，活性金属表面没有钝化且镁镀层剥离的库伦效率接近统一的选定电解−质溶液中才这样做”。

姚明还是美国大学的德克萨斯超导中心的首席研究员。（TcSUH）。

美国大学电气与计算机工程系研究助理教授Yanliang“ Leonard” Liang共同第一作者说，该论文对现有阴极材料的评论也提供了新的见解。他说：“我们还讨论了设计策略，以使真正的基于多价金属离子的储能材料具有竞争优势。”

研究人员的重点包括：

对锂的可获得性和成本的担忧促使人们对替代电池技术产生了兴趣，这些替代电池技术使用了更丰富的元素，并有可能实现更高的能量密度和更高的安全性。主要候选材料包括镁，钙，锌和铝，它们都被称为多价金属或具有多个价电子的金属，这些多价金属离子电池在工作原理上与锂离子电池有很多相似之处，这表明它们可以迅速发展。业界采用的对这些电池的预期能量密度的先前评估通常只考虑了多价金属阳极（仅是电池中两个电极之一），这往往会得出令人误解的结论。研究人员基于阳极和阴极对能量密度进行了重新评估，旨在将这些电池更好地定位在储能领域中。直接将金属用作阳极是保证这些电池安全性和能量密度的重要方面，但是围绕这些阳极的可行性存在不确定性电解质溶液和相关界面现象的理解正在改善，但仍远未建立。寻找良好的阴极材料需要传统电池研究中不常见的考虑因素。多价电池阴极的离子存储机理要比锂离子阴极复杂得多。结果，对阴极化学的误解在文献中出人意料地普遍存在。

研究人员还发布了一系列建议，以确保将来的研究直接针对改进电池，其中包括：

更好地了解金属阳极的生长行为，这是实现所谓锂离子电池安全性承诺的关键步骤正确评估金属阳极与电解质溶液的相容性以及保护涂层的有效性的实践程序和技术阴极的离子存储机制设计更好的阴极材料的方法

一张表比较了基于可能取代锂的每种多价金属元素的电池的最先进组件（金属阳极，电解质和阴极材料）发现，尽管某些组件比其他组件更先进，但没有其他选择准备商业化。

姚的研究小组专注于镁和其他多价金属电池的材料化学和设计；他已在顶级期刊上广泛发表。

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参考：梁艳亮，惠东，Doron Aurbach和Yan Yao的“多价金属离子电池的现状和未来方向”，2020年7月16日，自然能源。DOI：
10.1038 / s41560-020-0655-0

除了姚和梁之外，合著者还包括UH的第一作者惠东以及位于以色列拉马特甘的Bar-Ilan大学的通讯作者Doron Aurbach。这项工作得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持，该合同是DE-EE0008234合同下电池500联盟的一部分。