電動汽車（EVs）和綠色能源在很大程度上依賴電池來儲存電力。目前，全球超過75%的儲能依賴含鋰的電池，鋰是一種昂貴的礦物，價格波動較大。鋰離子（Li – ion）電池本身也可能不穩定，因為它們使用的是一種易燃的電解質，在過度充電時可能起火。

現在，一個來自北京的科學家團隊認為鋁提供了一種更好的解決方案。鋁是地殼中儲量第三豐富的礦物，成本約為鋰的四分之一（https://www.batterytechonline.com/materials/earth-abundant-elements-like-aluminum-could-replace-lithium-in-batteries）。如果構建合理，鋁基電池可能比那些不穩定的電池具有更長的使用壽命，並且設計更安全、更具可持續性。由北京理工大學和北京科技大學的科學家領導的這個團隊已經找到了一種穩定鋁電池的方法，這種電池的使用壽命可以長得多。

鋁離子（Al – ion）電池多年來一直是研究課題。但之前的嘗試通常使用離子液體電解質，這可能導致陽極腐蝕，特別是在潮溼條件下。其他研究人員使用了介於液態和固態之間的凝膠聚合物電解質，但這些電解質往往導電性較低。這個研究團隊採用了不同的方法，他們向含有鋁離子的液體電解質中加入少量鹽——即一種惰性的氟化鋁鹽，從而製造出一種固態電解質。

實際上，不只是少量鹽。這種鹽具有多孔的三維結構，這使其能像剛性海綿一樣吸收並穩定液體，但仍然能讓離子更自由地移動。這提高了材料的導電性，結果得到了一種不會洩漏的固態複合材料。研究人員還在電極上塗覆了一層薄薄的材料，這有助於防止鋁晶體的形成，因為鋁晶體的形成會隨著時間的推移降低電池效能。

北京科技大學電化學工程教授Shuqiang Jiao說：“我們的研究表明，一種穩定的、可回收的固態電解質可以透過解決腐蝕、安全和長迴圈壽命等問題來改進鋁離子電池，使其成為鋰基電池的潛在替代品。”

研究人員的測試表明，由此產生的電池設計可以擁有極長的壽命，在10000次充/放電迴圈後，電池仍能保持其初始容量的99%。相比之下，一個典型的鋰離子電池在300到500次迴圈後（取決於具體條件）只能保持其充電容量的80%。

這種固態電解質也比使用液態電解質的典型鋰離子電池設計更安全。它不會像使用液態電解質的傳統電池那樣發生洩漏，所以研究人員的鋁離子電池在遭受多次穿刺損壞（甚至被完全穿透）時仍能正常工作。這些電池還在高達200攝氏度的溫度下進行了測試；儘管有高溫，輸出電壓幾乎相同，而且電池沒有過度膨脹或變形。

除了這些效能優勢之外，與傳統的鋰離子電池設計相比，鋁離子電池具有更好的可回收性。研究人員發現，他們能夠從實驗室實驗中輕鬆回收多達80%的氟化鋁鹽，並且他們預測在工業規模上回收率會更高。固態鋁箔經過簡單的表面清潔後也可以重複使用。因此，整個設計有利於元件的高效回收。

一種更好的電池可能會對許多市場產生重大影響。市場研究公司Parks Associates的研究副總裁Jennifer Kent表示：“延長電池壽命並降低成本的創新有可能改變多個行業，從汽車到消費電子和家庭安防。例如，續航里程是購買電動汽車的首要障礙，39%不擁有或不打算購買電動汽車的人表示電動汽車需要過於頻繁地充電或者續航里程有限。”更便宜的電池還可以透過提供一種具有成本效益的方式來儲存多餘的能量以備不時之需，從而在推動風能和太陽能等可持續能源的使用方面發揮重要作用。

研究人員稱，這種新的電池結構應該很容易進行商業規模的製造。但是在鋁離子電池準備好用於商業應用之前，其能量密度需要得到提高。儘管如此，這種新方法為製造更安全、更便宜、更持久且更易於高效回收的電池提供了潛力。