在電池方面，金錢是一個很大的推動力量。鋰是當今筆記本電腦，電動汽車和電網蓄電池的主要成分。但鋰價在過去一年里漲了兩倍多。超輕金屬徘徊在每公噸20,000美元左右。相比之下，鋁-更豐富和可用的成本約為每公噸2,200美元。研究人員正在尋求用鋁取代鋰，這難道不是一個奇跡么？

超越鋰電池？

鋰電池在可再充電電池使用方面的成本超出其他成本。理想地，例如，電池的陽極可以由薄的鋰金屬箔制成。這在放電期間提供了最大數量的鋰離子，增加了電池功率和容量。然而，當電池充電時，金屬箔上的鋰離子形成尖銳的晶體結構，稱為樹枝狀晶體。這些樹枝狀晶體可能會變大，導致電池短路-可能引發火災。為了避免枝晶生長，陽極由石墨制成，可以在其層之間保持鋰離子（一種稱為插層的過程）。石墨陽極不能像金屬箔那樣釋放盡可能多的鋰離子。它會降低電池性能，但更安全。

那么鋁呢？它是地殼中最豐富的金屬。當作為電池中的陽極使用時，鋁放電時釋放三個電子，與鋰釋放的單一電子相比。鋁在充電過程中也不會形成樹枝晶。當然，它不如簡單地用一種金屬代替另一種金屬那么容易。

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在鋰離子電池中，移動離子只是帶正電的鋰（Li+）。在鋁離子電池中，鋁與電解液中的氯形成絡合物，從而形成兩種可移動的離子電荷載體AlCl4-和Al2Cl7-。在放電期間，這些氯鋁酸根陰離子從鋁金屬陽極穿過電解質到達石墨陰極。在陰極處，陰離子通過插入嵌入石墨層之間。當電池充電時，陰離子通過電解質返回并沉積在金屬鋁上。

用于鋁離子電池的電解質提供了挑戰。它是由有機和無機氯化物混合而成的離子液體。由此產生的電解液非常具有侵蝕性，會腐蝕所有金屬，包括不銹鋼，金和鉑。這種腐蝕性使鋁離子電池的導電部件非常容易受到損壞，這些部件用于將電子從電池中取出并送回電池。

增強保護

瑞士蘇黎世Eidgen?ssischeTechnischeHochschule（ETH）的研究人員已開發出可用于鋁離子電池的耐腐蝕涂層材料。陶瓷材料是氮化鈦陶瓷。根據ETH新聞稿，該材料具有足夠高的導電率，可用作電池的導電部件。或者，它可以用薄膜制成，在其他材料上形成保護涂層。

在ETH發布中，功能無機材料教授MaksymKovalenko表示：“氮化鈦的潛在應用不限于鋁電池。該材料也可用于其他類型的電池;例如基于鎂或鈉的電池或高壓鋰離子電池。“

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防腐蝕性不是ETHZürich工作的鋁離子電池的唯一方面。鋁制電池通常使用由石墨制成的陰極。但是在石墨層中大量存在的氯鋁酸根陰離子會導致陰離子結構的扭曲。這促使人們尋找其他陰極材料。

ETH已經發現，稱為聚芘的導電聚合物至少存儲與在鋁離子電池中的石墨陰極相同量的能量。ETH研究人員還發現，聚苯乙烯中碳氫聚合物鏈的無序排列為更好的電池提供了必要條件。“分子鏈之間仍有很多空間，”Kovalenko解釋說。“這使得電解質流體的相對較大的離子能夠很容易地滲入并給電極材料充電，”他補充說。聚芘電極既靈活又適應性強。科學家可以影響聚芘的材料屬性，如孔隙度，比使用固體石墨容易得多。

預計未來的鋁離子電池具有每千克大約1,000瓦時（Wh/kg）的比能量-明顯高于鋰離子電池400瓦特/千克的比能量。這意味著鋁離子電池可以在相同容量下更小更輕，或者與目前的鋰離子電池相同的尺寸提供更多的功率和更長的持續時間。仍有很多工作要做，但ETH蘇黎世的努力對于鋰之后可能出現的前景是一個有希望的開端。