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Mysteel:从元素周期表看铝离子电池发展

Saturnose宣布,将公开发布其增强型离子电池,并计划在2022年实现铝离子电池商业化,慢慢取代性价比不高的锂离子电池,从元素周期表来看铝元素并不是最理想的电离子能量载体。

电池基础原理

电池原理简单来说基本就是利用金属正极参与电化学反应,通过氧化还原性不同的阴极阳极形成电位差,在电解液中带电离子就可以在两极间游动。在正负极接上动力就可自然放电,接上反向电压带电离子就可以回到电池(充电)。

在所有电化学反应当中,要想成为好的能量载体,就要以尽可能小的体积和重量,存储和搬运更多的能量。因此,这个元素需要:

1.原子质量相对较小

2.得失电子能力要强

3.并且电子转移比例要强

在元素周期表中,元素是以元素的原子序数排列,最小的排行最先。表中一横行称为一个周期,一列称为一个族。原子半径由左到右依次减小,上到下依次增大。基于这3项基本原则初步筛选,在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料:氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性气体和氧化剂,只剩下氢、锂、铍、硼、碳这5个元素。

其中氢、锂、铍元素从元素周期表来看是最为适合作为能量载体的元素,但氢能在生产、运输、安全等仍存在一定问题阻碍其发展。而铍在全球储量太少,是稀有金属中的稀有金属,并且含有放射性。所以锂元素在自然而然成为最合适的电池能量载体,这也是近年来锂离子电池快速发展的原因之一。

铝离子电池发展历史

铝元素位于第三周期且比较靠右的位置,原子质量相对较大。铝离子电池拥有交换三个电子的能力,意味着铝电池可以拥有更高的能量密度。自然界中铝元素也相对较丰富,价格也更为低廉。虽然铝电池早在20世纪60年代便已问世,然而铝电池在放电过程中阳极腐蚀会产生氢,导致阳极材料的消耗速度过快。并且铝电池存放一个月会损失掉80%电量,而锂离子电池存放一个月损失5%左右的电量,因而严重阻碍了铝电池的商业化进程。

综上所述,铝元素并不是作为电池材料的最优选择,但在新能源产业快速发展的阶段,由于锂元素的供应问题而带动其他电化学材料的发展,或许对新能源行业也会带来一定推动。

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