陳根：新型可充電裝置，能夠緩解“電池荒”嗎？_風聞

文/陳根

近日，能源研究機構Rystad Energy 發出預警，鋰供應不足有可能導致電動汽車面臨“電池荒”，尋找鋰電池的替代品迫在眉睫。

一般來説，鋁和鋅具有成本低、安全性高的優點，是替代鋰電池的“種子選手”。但目前由於技術原因**，開發鋁電池或鋅電池替代鋰電池難度很大，因為金屬陽極的可逆性很差，會給相關化學反應帶來阻礙，這往往導致很多實用性研究卡在短路失效上。**

為此，科學家通過交織碳纖維製成的基材，將鋁形成的沉積層和鋁結合起來，形成一種新型儲能材料，**進而研發出一款****循環壽命高達10000次、****可維持穩定運行2000多小時，**且沒有任何失效跡象的新型可充電裝置。

鋁或鋅等金屬與圖案化基底之間的牢固化學鍵，是形成緻密且均勻的非平面金屬沉積層的關鍵。這種牢固化學鍵，不僅能降低形成電化學斷開的金屬碎片的可能性，還能使電池循環中的金屬陽極可以連續進入離子和電子傳輸路徑。

**同時，在碳纖維基底表面上，金屬鋁會形成“鋁–氧–碳”鍵，藉此形成高度均勻的沉積層，可讓金屬陽極具備 99% 以上的高度可逆性和長達3600h的循環穩定性。**這種金屬與圖案化基底相結合的方法，可拓展到金屬鋅陽極，並讓其也實現高可逆性。

另外，先前高容量鋁合金電池中存在嚴重的枝晶生長問題，容易導致電池短路、容量衰減等問題。但科學家通過設計基底的幾何結構和表面化學，以及誘導鋁金屬負極均勻沉積，可讓鋁合金電池在高電流、高容量的循環條件下，避免枝晶生長。

簡單****來説，該方法主要利用化學驅動力，來促使鋁元素均勻沉積到 3D 結構的空隙中。並且，這種新型電極具備更高的厚度，相比其他電極反應速度也快得多。

為探索更多應用可能性，科學家還研究了鋅的電沉積，其在碳纖維基底上引入石墨烯塗層，來提升金屬和基材之間的相互作用，鋅電鍍和剝離的可逆性、以及使用壽命也可藉此提高。

由此可見，只需經過合理設計，就能實現強相互作用的“金屬-基底”界面結合，從而將“金屬-基底”鍵合擴展到其他電沉積體系。這項研究技術對環境非常友好，有望提高可再生能源的儲存，並且鋁和碳的兩極材料也比較低廉，未來，在開發和運用方面，也具有很大的潛力。