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碾压锂电池!秘研5年的铝电池快来了,为何能量密度是锂电池3倍?

  • 来源:互联网
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  • 2021-12-09
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近日,一条关于印度初创公司秘研“增强型铝离子电池”的消息火爆了全球网络,很快上了热搜,因为谁的心里都明白,电动汽车最大的“痛点”就是续航能力,而电池的好坏又决定了续航能力。

网传锂离子电池续航能达到600公里,相当于一箱油跑的里程数,这话不假,但前提是必须要在一望平川的大马路上,还必须是新电池,如若没有这些前提条件,锂离子电池跑个200公里就已经够呛了,但燃油汽车几乎不受影响。

要说电动汽车的不足之处,相信用过电动汽车的人能数出一大堆来,动力不足,上坡突然抛锚,充电时间过长,电量下降严重等,多了去了。

说来说去,这些问题都跟电池的好坏有莫大的关系,什么时候电动汽车电池迎来颠覆性技术更新呢?就像当年汽车代替马车一样,而现在“铝电池”真的就快来了,完美碾压锂电池。

增强型铝离子电池(Ea2I)完美碾压锂电池

根据印度初创公司公开信息,密研了五年的增强型铝离子电池(Ea2I)150KW,重565公斤,续航1200公里,永不燃爆,充电只需12分钟,可充放20000次,价格便宜50%,不产生枝晶,如果这是真的,每一条都可以直接碾压锂离子电池。

更重要的是,铝离子电池能量密度为650Wh/kg,而锂离子电池能量密度不到200Wh/kg,能量密度是锂电池的3倍,能量密度可能不太好理解,我们换一种说法,1公斤铝离子电池能产0.65度电,而锂离子电池只能产0.2度电,再一次碾压锂离子电池。

其实这还不是铝离子电池能量密度极限,早在2010年,美国的橡树岭国家实验室(ORNL)就研制出一种高能量密度的铝离子电池,据说能量密度达到1060Wh/kg,比印度初创公司显示的能量密度还要高得多。

ORNL制造的高能量密度的铝离子电池之所以没有推广开,主要是因为没有找到适合的电解质和良好的阴极和阳极材料,要不然早就上市了。

为何铝电池能量密度是锂电池的3倍?

这是由于铝原子和锂原子有着不同的带电属性而决定的,那么我们就简单地对铝原子和锂原子结构,以及电离和冲放电进行一番了解。

铝是一种金属元素,铝原子相对原子质量为26.981539,元素符号为Al,原子序数为13,铝原子的原子核共有13个带正电荷的质子,周围环绕着13个带负电荷的电子,正负刚好相等,所以铝原子是没有电的。

铝原子结构中的13个电子可分为三层,形成283结构,也就是说铝原子的最外层有三个电子,而这三个电子很容易通过电离的方式去掉,而变成带电铝离子,因此,一个铝离子带三个正电荷。

当铝离子电池开始工作时,带正电荷的铝离子从电池负极出发,流向电池的正极,从而提供能量,这就是一次完整的放电过程。当充电时,正极内的铝离子获得三个电子后,重新返回负极。

锂也是一种金属元素,元素符号为Li,目前是地球上最轻的金属,锂原子内核有3个质子,周围环绕着3个带负电荷的电子,电子层为21结构,即最外层只有一个电子。锂原子在失去一个电子后变成锂离子,但锂离子只带一个正电荷。

尽管铝离子要比锂离子重得多,但是它们的离子半径非常接近,铝离子半径0.54 Å,锂离子半径0.76 Å,这意味着在同等条件下,铝离子所带电荷是锂离子的3倍,铝离子电池的能量密度当然是锂离子电池的3倍了。

铝电池取代锂电池?

这是一个有争议性的话题,有不少学者对铝离子电池的卓越性能产生质疑:一,充电12分钟就能充满,充电桩得需要多大功率啊?

不信来算算,565公斤重的铝离子电池(Ea2I)150KW,那么充电桩输出功率需要750KW,即750000瓦,目前的交流充电桩输出功率一般只有7000瓦,而最大直流充电桩输出功率也只有200000瓦,这显然是不够的。

二,铝离子电池的产电原理和锂离子电池是一样的,同样是金属,按理说一样会产生枝晶,为何说铝离子电池就不产生枝晶,永不燃爆呢?这真的让人很费解。

但个人认为,即便铝离子电池(Ea2I)充电12分钟、不产生枝晶都是假的,但只要续航能力增加三倍,价格便宜一半,那么它取代锂电池将指日可待。

铝电池取代锂电池还有一个更重要原因

锂是稀有金属,自然价格比较贵,锂在地壳中的自然含量只有1,100万吨,可开采储量只有410万吨,而现在人类一年就要使用2万多吨,200年就用完了,如果全球电动汽车销量增长10倍,那么20年就枯竭了。

而铝是常见的金属,储量非常丰富,价格便宜,地球总储量超过750亿吨,非洲、大洋洲、拉丁美洲,亚洲、欧洲都有分布,简直是要多少有多少,别说是200年,就算是用1万年也足够了。

所以,铝离子电池会取代锂离子电池,是人类社会发展的结果,就像汽车取代马车,新能源取代传统能源,手机取代传呼机,高楼大厦取代小平房,都是社会发展的大势所趋。有趣有料的科学内容请关注唯一的微信公众号:有趣探索

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  • 编辑:刘柳
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