创新背景

随着全世界越来越多地安装风能和太阳能发电系统，对经济、大规模的备用电池的需求也在迅速增长，以便在太阳落山及无风时提供电力。如今的锂离子电池对于大多数此类应用来说仍然过于昂贵，而其他选择，如泵送水力电池，则需要特定的地形条件，而这并不总是可行的。

创新过程

由麻省理工学院、中国、加拿大、肯塔基和田纳西州的15名教授组成的研究团队开发出了一种新型电池。这种新的电池结构，使用铝和硫作为两种电极材料，中间是熔盐电解质，完全由丰富而廉价的材料制成。其研究成果于2022年8月24日发表在《自然》杂志上。

电池的三个主要成分：铝、硫、岩盐晶体

除了昂贵之外，锂离子电池还含有易燃的电解液，这使得它们不太适合运输。所以，萨多维开始考虑用地球上储量最大的金属——铝来代替锂。

然后是决定用什么来搭配另一个电极，以及在充电和放电过程中放入什么样的电解质来携带离子。所有非金属中最便宜的是硫，所以它成为了第二种电极材料。

至于电解液，研究人员不准备使用挥发性、易燃的有机液体，因为这种液体有时会在汽车和锂离子电池的其他应用中导致危险的火灾。他们尝试了一些聚合物，但最终研究了各种熔点相对较低的熔盐——接近水的沸点，而许多盐的熔点接近1000华氏度。他们将温度降到接近体温的水平，制造出了不需要特殊绝缘和防腐措施的电池。

他们最终得到的三种材料都很便宜，很容易买到——铝，和超市里的铝箔没有什么区别；硫，通常是石油炼制过程中的废物；还有广泛使用的盐。这些原料便宜，而且很安全——不会燃烧。

在他们的实验中，该团队表明，这种电池可以在异常高的充电率下承受数百次循环，每个电池的预计成本约为同类锂离子电池的六分之一。他们发现充电速率与工作温度有很大的关系，110摄氏度(230华氏度)的充电速率是25摄氏度(77华氏度)的25倍。

令人惊讶的是，研究小组选择熔盐作为电解质只是因为它的熔点低，结果证明它有一个偶然的优势。电池可靠性中最大的问题之一是树枝状突起的形成，树枝状突起是一种狭窄的金属尖峰，在一个电极上形成，并最终与另一个电极接触，导致短路并阻碍效率。但是这种特殊的盐，它能很好地防止故障。

研究人员表示，他们选择的氯铝酸盐本质上使这些失控的枝晶消失，同时也允许非常快速的充电。他们在非常高的充电速率下进行了实验，充电时间不到一分钟，而且从未因树突短路而损失过细胞。

更重要的是，电池不需要外部热源来维持其工作温度。热量是由电池充电和放电自然产生的电化学过程。充电时产生的热量可以防止盐结冰。然后，放电时也会产生热量。例如，在一个典型的太阳能发电设施中，用于平衡负荷的安装中，通常会在阳光明媚的时候储存电力，然后在天黑后使用电力。而这种充电-闲置-放电-闲置的状态足以产生足够的热量来保持电池的温度。

这种新的电池结构非常适合为单个家庭或中小型企业提供电力所需的安装尺寸，存储容量为几十千瓦时。

研究人员表示，铝硫电池的小型化也将使其在电动汽车充电站等方面具有实用性。他指出，当电动汽车在道路上变得足够普遍，几辆汽车都想同时充电时，就可以利用这个电池系统储存的能量，从而省去安装昂贵的新电线的成本。

创新关键点

由多个国家的科学家组成的研究团队开发出了一种以铝、硫和熔盐电解质为材料的新型电池。这种新型电池结构不尽降低了电池的制造成本，而且具有耐树枝状短路、充电速度快、稳定不易燃烧等优势。