深圳先進院等研發出新型高效低成本儲能電池

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳團隊聯合香港城市大學教授李振聲經過長時間努力，成功研發出一種全新的高效、低成本儲能電池。相關論文A Novel Aluminum–Graphite Dual-Ion Battery（《一種新型鋁—石墨雙離子電池》）在線發表于能源材料期刊Advanced Energy Materials上（DOI: 10.1002/aenm.201502588），并已申請2項PCTZL（PCT/CN2015/096887；PCT/CN2015/099967）和1項中國發明ZL(申請號：201510856238.9)。

　　鋰離子電池已成為便攜式電子設備、電動汽車、可再生能源系統等領域的主要能源轉換和存儲設備。全球對鋰電的需求以每年7.7%的速度增長，其市場到2019年將達到1200億美元（據美國弗里多尼亞集團市場調查）。由于受到正負極材料理論比容量較低的限制，目前商用鋰離子電池的能量密度僅為100-150 Wh/kg，并且制造成本較高，越來越難滿足電子智能終端產品、電動汽車等領域對高能量密度、低成本儲能器件的性能要求。此外傳統鋰離子電池的電極材料含有有毒金屬，電池廢棄會造成嚴重的環境問題。

　　為突破現有電池技術瓶頸，唐永炳及其團隊成員張小龍、張帆經過長期研發，成功研制出一種全新的鋁—石墨雙離子電池（AGDIB）。這種新型AGDIB電池采用廉價且易得的石墨替代傳統鋰電中高成本且含重金屬的過渡金屬氧化物或磷酸鐵鋰作為電池正極材料；采用鋁箔同時作為電池負極材料和負極集流體；以常規鋰鹽和碳酸脂溶劑為電解液。該電池工作原理有別于傳統鋰離子電池，充電過程中，正極石墨發生陰離子插層反應，而鋁負極發生鋁-鋰合金化反應，放電過程則相反。這種新型反應機理不僅顯著提高了電池的工作電壓（3.8-4.6V），同時大幅降低電池的質量、體積及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

　　初步估算該類型電池的全電池質量能量密度和體積能量密度將高達約222 Wh/kg。500Kg重量的AGDIB電池的續航里程可達到約550公里。與傳統的鋰電技術相比，這種電池具有明顯的優勢，不僅生產成本降低約40-50%，同時能量密度提高至少1.3-2.0倍。若這種鋁-石墨電池成功實現產業化，將大幅提升現有便攜式電子設備、電動汽車以及新能源儲能系統的使用性能。不過，目前該電池技術還有待優化，比如需要進一步提高電池的循環穩定性等。

　　該項研究得到廣東省創新科研團隊、深圳市科技計劃項目和國家自然科學基金等項目的資助。

　　新型鋁-石墨雙離子電池結構及工作原理示意圖