一种新的化学
新化学
锂离子电池已经成为现代生活中至关重要的一部分。它们提供了启动和驱动车辆的动力，使笔记本电脑和智能手机可以无需电源线工作，并驱动各种其他设备。
然而，尽管锂离子电池的便利性，它们也存在一些缺点，并且在某些环境下表现不佳。因此，研究人员正在积极开展新型电池的研究。2023年1月，奥地利维也纳工业大学（TU Wien）的一组研究人员在《Advanced Energy Materials》期刊上发表的一篇科学论文中宣布，他们构建了一种氧离子电池。
该设备由不可燃的陶瓷材料制成，可以吸收和释放双负电荷的氧离子。这使得电池非常适合大型储能系统，比如嵌入电网的系统。虽然氧离子技术目前仅限于实验室，但研究人员已经与西班牙和法国的合作伙伴团队申请了专利。
维也纳工业大学化学技术与分析研究所的高级研究员亚历山大·施密德说：“氧离子电池有望为可持续的大规模电能储存做出贡献。”
获取能量
如今，锂离子电池驱动着世界。它们存在于各种规模的系统中。卡内基梅隆大学电气与计算机工程Kavčić-Moura教授Brandon Lucia表示：“自2008年以来，体积密度增长了5倍到10倍。这一进展使得能够为越来越小的设备供电，并使其工作时间越来越长成为可能。”
然而，锂离子电池并不适合储能框架，如家庭、数据中心和电网。这些电池可能会着火，与稀土材料相关的采购问题，以及它们对环境构成危害。Lucia表示：“有必要减少对难以获取的稀有矿物质的依赖，包括与人权侵犯有关的钴。”
近年来，研究人员开始探索使用钠、镁、钾和其他材料来开发新型电池。维也纳工业大学的研究团队于2021年开始尝试氧离子技术。Schmid解释说：“该项目最初是纯粹的学术好奇心，作为基本物理的示范性演示。”“后来我们才意识到它在能源经济中有巨大的实际应用潜力。”
尽管氧离子电池在较高的温度下工作（大约200到400摄氏度），并且其储能量只有相同体积的锂离子电池的三分之一（因此可能需要更大的系统），但它们可以使用铁、铬、钙、锰、钛和锶等广泛可用的材料制造，并且使用的固态电解质是不可燃的。
这些电池也不会像其他类型的电池（包括锂离子电池）随着时间推移而容量损失。“它们有能力通过大气中的氧重新生成失去的电池容量，”Schmid说。
氧离子前进
实验室规模的氧离子电池是通过脉冲激光沉积工艺制备薄膜的。“它的工作原理是用高能紫外激光照射陶瓷靶材。由于高能量，靶材的一部分蒸发并转化为等离子体，”Schmid说。“然后，这个等离子体在通常加热的基底上凝结，并形成与陶瓷靶材相同的薄膜。”
该系统的工作方式类似于锂离子电池，但它使用氧气。陶瓷电极根据需要储存和释放氧离子。电压调节陶瓷元件之间离子的流动。通过将氧离子从一个陶瓷电极泵送到另一个陶瓷电极，电能被储存起来。当这些离子回流时，电池释放储存的能量。
施密德表示，最困难的任务是完善密封系统。“这是我们目前实验室规模模型系统中的一个重大工程挑战。”他补充说，下一个主要挑战是将其扩大并添加电子控制电路或软件，以生产出一个商业上可行的电池系统。
研究小组可能需要几年时间才能达到一个商业可行的系统。然而，显而易见的是，研究人员已经克服了一个关键的技术难题，并且他们正在建设能够支持更可持续的能源框架的电池，该框架包括太阳能和风能发电系统。
尽管仍然存在各种问题和挑战，但Lucia认为这项技术“非常有前途”，特别是因为它在反复循环中的抗性和环境效益。Schmid补充说：“我们相信这项技术有很大的潜力。”
Samuel Greengard是一位居住在美国俄勒冈州West Linn的作者和记者。
