一滴油引发的Science：麻省理工革新铝空电池！

未央

2018-11-09

第一作者：Brandon J. Hopkins

通讯作者：Brandon J. Hopkins

通讯单位：麻省理工学院（美国）

研究亮点：

1. 发展了一种以油替换负极电解液的新策略，来减缓铝空气电池在不工作时间段的负极腐蚀和能量损失。

2. 构建了全新的隔膜式负极以及长寿命的电池封装，并综合考虑了油在电池封装中的各种影响。

铝空气电池为代表的金属-空气电池具有很高的理论能量密度，但是在仓储和待机等不工作的状态下，负极往往会发生不可逆腐蚀，从而导致电池能量密度损失和寿命下降。

目前，抑制铝空电池负极腐蚀的策略不少，包括负极合金化，电解质添加剂，凝胶电解质，非水性电解质等等。这些策略在一定程度上确实缓解了负极腐蚀，但是大多是以降低功率密度和能量密度为代价。

有鉴于此，美国麻省理工学院Brandon J. Hopkins等人发展了一种以油替换负极电解液的新策略，有效抑制了铝空电池的负极腐蚀。

图1. 油置换电解质示意图

巧妙设计

研究人员设计了一套流动电解质系统，并在负极加入疏水的PTFE隔膜，电解质中加入不导电的全氟聚醚油。当电池工作的时候，电解质在电池系统中流动。当电池不工作的时候，全氟聚醚油泵入系统中，充满与负极中的金属电极和隔膜之间。

不导电的油抑制了电解质向负极表面的扩散速率，大大地缓解了负极的腐蚀。而铝电极和疏水隔膜则保证了油不会结垢。

图2. 油和隔膜的选择

优异性能

基于这一巧妙的设计，铝空电池可用能量密度提高了4.2倍，腐蚀减少了99.99%，自放电速率降低到0.02%，系统能量密度可达到700 Wh L^-1和900 Wh kg^-1。

图3. 电池性能和封装表征

当然，研究人员还综合考虑了电池封装中的一系列问题，包括油的引入对整个体系的重量的影响，并进行了电池开关循环的24天实验。虽然整个体系并不完美。但是，这一巧妙的设计理念，为铝空等金属-空气电池的实际应用提供了全新的思路和有力的推动。

所以，做点不一样的东西吧！

参考文献：

Brandon J. Hopkins et al. Suppressingcorrosion in primary aluminum–air batteries via oil displacement. Science 2018,362, 658-661.

http://science.sciencemag.org/content/362/6415/658