MIT、莫斯科大学共同研发金属空气电池①

    麻省理工学院（MIT）材料加工中心与莫斯科国立大学共同成立了Skoltech电化学能量储存中心（CEES），参与合作项目的研究人员正致力于开发拥有更高储能容量的电池。电化学能量储存中心得到了Skolkovo理工学院的扶持，属于一个综合性机构，既可以用于理论研究，也可以用来教学，还能够开展创新技术研发。电化学能量储存中心有着三项主要的研究课题：先进的锂离子和多价离子电池组研发，可再充电的金属空气电池组研发，以及可逆的低温和高温燃料电池研发。

    先进锂离子和多价离子电池研发的关注重点包括：尖端电极材料（例如磷酸锂铁、硼酸锂铁、氟磷酸锂铁、钒酸锂，它们都为高压或者高容量材料），高级的电解液和溶液-电极界面材料，多价离子电池，新颖的多微孔分离器，以及专门为氧化还原体系设计的全新质子导电复合膜。课题研究团队日前在《先进储能材料》杂志上发表了一篇论文，描述了在电容器中把铝离子作为能量储存物质的机理。相比于锂，铝资源更加丰富，而且原材料成本较低。

    铝离子研究的初衷，是为了寻找到比锂离子拥有更高电荷密度的材料。相比于每个锂离子只能传递一个电荷，铝离子能够传递三个电荷，因此更具优势。从而使得铝离子电池组充电储能容量更大、比重密度更高，换句话说同样的尺寸或重量前提下，铝离子电池组有着更高的储能密度或储能总量。还有一些工作围绕钠开展，因为钠在地球上非常丰富，可以作为锂的一种不错替代品；虽然钠有助于降低成本，但是每个钠离子也仅仅传递一个电荷。

    可再充电金属空气电池组的关键是检测锂是否可以以氧化物的形式（过氧化锂）储存，而过氧化锂具有大幅提高能量储存密度的潜力，并且在发挥作用时是可逆的。相关研究主要涉及：纳米结构的氧化催化剂与电极的合成，电化学反应和化学反应性的原位研究，新颖的电极设计，溶剂对氧化还原反应电位势的影响，过氧化锂和氧化钠的成核增长现象，溶剂-电极界面的原位投射电子显微分析，以及氧化物的原位X射线吸收近边结构光谱研究。

    可逆燃料电池研究目前有三个关注要点：中间温度固体氧化物燃料电池，聚合物电解质燃料电池，以及可逆燃料/电解电池。从中短期潜力来看，相比于传统化石燃料，高温固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解电池能够把能量效率提高一倍，同时大幅度降低温室气体的排放；长远角度而言，有助于太阳能、风能等可再生能源的推广。固体氧化物燃料电池的重要目标是，优化化学能和电能之间的转化效率，通过降低工作温度来提高元件使用寿命，另外尽可能的降低生产成本。

   开发更洁净的替代燃料，最小化碳氢化合物的使用量，以最少的二氧化碳排放为代价，最优化燃料效能是未来所必需的。高温系统拥有很多优势，特别是在二氧化碳分解方面，并且可以帮助降低材料成本和提高整体效能。因为太阳能和风能属于间歇性资源，只有在太阳升起或者刮风的时候才能产生电能，所以收集和储存能量以备后用的方法是非常重要的。燃料电池与化学电解作用结合在一起，就可以实现这样的作用。其中一种方法是从水中生成氢气，再把氢气存储起来，形成能量到可燃气体的转变。