家科技新闻 科学家发明一种新型电池——氧离子电池

维也纳工业大学的研究人员开发出了一种突破性的氧离子电池，该电池具有卓越的耐用性，无需使用稀有元素，并解决了火灾隐患。

锂离子电池虽然在当今世界很常见（为从电动汽车到智能手机的所有产品提供动力），但并不一定是所有应用的最佳解决方案。维也纳工业大学的研究人员取得了突破，创造了一种具有多种显着优势的氧离子电池。虽然它可能无法与锂离子电池的能量密度相匹配，但其存储容量不会随着时间的推移而不可逆转地减少，因此由于可以再生，因此具有极长的使用寿命。

此外，氧离子电池的制造不需要稀有元素，并且涉及不燃材料。创新的电池概念已经与西班牙的合作伙伴合作提交了专利申请。这些氧离子电池可以为大型储能系统提供出色的解决方案，例如那些需要保存可再生能源电能的系统。

陶瓷材料作为新的解决方案

“长期以来，我们在可用于燃料电池的陶瓷材料方面积累了丰富的经验，”维也纳工业大学化学技术与分析研究所的 Alexander Schmid说道。“这让我们产生了研究这种材料是否也适合制造电池的想法。”

维也纳工业大学团队研究的陶瓷材料可以吸收和释放带双负电的氧离子。当施加电压时，氧离子从一种陶瓷材料迁移到另一种陶瓷材料，之后它们可以再次迁移回来，从而产生电流。

Jürgen Fleig 教授、Tobias Huber 和 Alexander Schmid（从左到右）。图片来源：维也纳工业大学

“基本原理实际上与锂离子电池非常相似，”Jürgen Fleig 教授说。“但我们的材料有一些重要的优势。” 陶瓷不易燃，因此锂离子电池反复发生的火灾事故几乎可以排除。此外，不需要昂贵或只能以对环境有害的方式提取的稀有元素。

“在这方面，使用陶瓷材料是一个很大的优势，因为它们可以很好地适应，”Tobias Huber 说。“你可以相对容易地用其他元素替换某些难以获得的元素。” 该电池的原型仍然使用镧——这种元素并不罕见，但也不是完全常见。但即使是镧也将被更便宜的材料所取代，对此的研究已经在进行中。许多电池中使用的钴或镍根本没有被使用。

高寿命

但新电池技术最重要的优势也许是其潜在的使用寿命：“在许多电池中，你会遇到电荷载流子在某些时候无法再移动的问题，”亚历山大·施密德说。“然后它们就不能再用来发电，电池的容量会下降。经过多次充电周期后，这可能会成为一个严重的问题。”

然而，氧离子电池可以毫无问题地再生：如果由于副反应而损失氧气，则可以简单地通过周围空气中的氧气来补偿损失。

新电池概念不适用于智能手机或电动汽车，因为氧离子电池的能量密度仅为锂离子电池的三分之一左右，并且运行温度在 200 至 400 °C 之间。然而，这项技术对于储存能量非常有趣。

“例如，如果您需要一个大型储能装置来临时存储太阳能或风能，那么氧离子电池可能是一个很好的解决方案，”亚历山大·施密德说。“如果你建造一整栋充满储能模块的建筑，较低的能量密度和升高的工作温度并不会起到决定性作用。但我们电池的优势在那里尤为重要：使用寿命长、无需稀有元素即可大量生产这些材料的可能性，以及这些电池不存在火灾危险。”