如何延長金屬空氣電池的使用壽命

金屬空氣電池是最輕的電池類型之一，但它們可能有一個重要的限制:當不使用時，它們會迅速降解，因為腐蝕會侵蝕金屬電極。現在，麻省理工學院的研究人員找到了一種方法，可以顯著降低電池的腐蝕，延長電池的使用壽命。

金屬空氣電池結構

盡管一般的可充電鋰離子電池在儲存一個月后只能損耗5%的電量，但關于許多應用來說，它們太貴、太重了。初級(不可充電)鋁空氣電池更便宜、更輕，但每月可損耗高達80%的電量。麻省理工學院的設計通過在電極和電解質之間引入油障，克服了鋁空氣電池的腐蝕問題。當電池處于待機狀態時，電極之間的液體會吸收鋁。一旦電池被使用，油就會被迅速抽出，并被電解液取代。結果，能量損耗降低到每月0.02%，是原來的千倍多。

雖然其他一些方法已經被用來延長金屬空氣電池的保質期，這些方法可能會犧牲性能。大多數其他方法包括用不同的、腐蝕性較低的化學配方替換電解質，但這些替代方法極大地降低了電池功率。其他方法包括在儲存期間將液體電解質抽出，在使用前再抽出。這些方法仍然可能造成嚴重的腐蝕，并可能堵塞電池組中的管道系統。因為即使在電解液從電池中排出后，鋁也會吸收水分，所以剩余的電解液會附著在鋁電極的表面。電池結構復雜，電解液容易被困住，導致持續腐蝕。

新電池系統的關鍵在于電池電極之間的保護。當電池使用時，護罩的兩側都充滿液體電解質，但當電池處于待機狀態時，油被泵入最靠近鋁電極的一側，以保護鋁表面不受電解質的傷害。新的電池系統還利用了鋁的疏水性，也就是說，當鋁浸入水中時，它會從表面排斥油。因此，當電池被重新激活，電解液被抽回時，電解液很容易將油從鋁表面排出，從而恢復電池的電力容量。具有諷刺意味的是，麻省理工學院的腐蝕抑制方法利用了鋁的相同特性來促進傳統系統的腐蝕。結果是，鋁空氣電池的原型有一個更長的貨架壽命比傳統的鋁空氣電池。研究人員說，當電池被重復使用，然后讓它待機一到兩天，麻省理工學院的設計持續了24天，而傳統的設計只持續了3天。研究人員報告說，即使縮小后的原鋁空氣電池組包含了油和泵系統，它們仍然比電動汽車的可充電鋰離子電池輕5倍。

除了非常便宜之外，鋁是我們所了解的化學上能量密度最大的存儲材料之一，也就是說，它可以存儲和傳輸的能量比除了溴以外的任何東西都多，而溴是昂貴的、危險的，而且具有可比性。許多專家認為，鋁空氣電池可能是唯一可行的替代鋰離子電池和汽車汽油。鋁空氣電池已被用作電動汽車的增程器，以補充內置的可充電電池，在內置電池耗盡時新增許多額外的里程。它們有時也被用作偏遠地區或一些水下航行器的電源。但是，盡管這些電池可以儲存很長時間，只要它們不被使用，一旦它們第一次被打開，它們就會迅速退化。