世界正转向更可持续的电力系统，如风能和太阳能，与此相适应，世界越来越需要经济、大规模的电池备用系统，以便在太阳能受阻和风能不可用的情况下仍然可以获取电力。锂离子电池是市场上最常见的电池类型。然而，对于大多数此类可持续能源存储应用而言，它们目前的价格过于昂贵。
麻省理工学院的研究人员开发了一种新的电池概念，这种电池完全由丰富且廉价的材料制成，可以帮助应对能源带来的挑战。该开发项目的团队包括美国橡树岭国家实验室、路易斯维尔大学、北京大学、云南大学、武汉理工大学以及加拿大滑铁卢大学。这项工作得到了麻省理工学院能源倡议、麻省理工大学Deshpande技术创新中心和ENN集团的支持。
新型电池采用铝和硫作为两种电极材料，中间有熔盐电解质。麻省理工学院材料化学John F.Elliott荣誉退休教授Donald Sadoway说：“我想发明比锂离子电池更好、更好的东西，用于小型固定式能源存储，并最终应用于汽车领域。这种电池的原料便宜，而且安全，因为所用的材料不会燃烧。”
新电池概念的3个主要组成部分，均为不需要通过全球供应链的现成材料。自左至右分别为铝、硫和岩盐晶体。
（照片来源：麻省理工学院Rebecca Miller）
在考虑锂离子电池的替代品时，Sadoway和他的团队必须考虑材料的化学性质是否适合电池，同时还要考虑材料的可用性、成本和易燃性（因为锂离子电池含有易燃电解液，可能对运输应用带来不利影响）。在探索了元素周期表之后，研究人员发现铝（地球上最丰富的金属）是实现这一目的的理想材料。
在考虑铝与什么材料配对（用于其他电极和电解质）时，还需要确保它们与铝配合使用。选择硫作为其它电极材料，因为硫是所有非金属材料中最便宜的元素。选择岩盐晶体（以氯铝酸盐的形式）作为电解质，因为它们与水具有相同的沸点，不需要任何特殊的绝缘和防腐处理。
此外，这种新型电池不需要外部热源来维持其工作温度。通过电池的充电和放电，自然产生电化学热。Sadoway解释说：“充电时，会产生热量，这样可以防止盐冻结。然后，当放电时，它也会产生热量。譬如，在一个太阳能发电设施负载均衡的典型装置中，太阳光照时，会储存电力，而天黑后，可以从中获取电力。充电空闲-放电空闲的过程，可以产生足够的热量来保持目标温度。”
Sadoway表示，这种新型电池配方，对于太阳能和风能装置来说比较理想，约为一个家庭或中小型企业提供电力所需，可产生几十千瓦时的存储容量。
这些较小规模的铝硫电池，也适用于电动车辆充电站等用途。Sadoway指出，当电动汽车变得足够普及，以至于有几辆汽车想要同时充电时，就像今天汽油燃料加油站发生的情况一样，如果尝试用电池充电，并且想要快速充电的话，那电流强度就太高了，我们没有足够的电流来为设施供电。因此，使用诸如铝硫电池的电池系统来存储电力，然后在需要时快速释放电力，可以消除安装昂贵的新电力装置来服务这些充电器的需要。
Sadoway和Luis Ortiz共同创立了一家名为Avanti的新公司，该公司将进一步开发和销售这种新的电池技术。Sadoway说：“公司的首要任务是证明这种电池的规模。之后，该公司将对该技术进行一系列压力测试，包括实施数百次的充电循环。
Sadoway和其他15名国际同事撰写的论文《抗树枝状短路的快速充电铝-硫族电池》，对新电池结构进行了详细的描述。该论文发表在《自然》杂志上。
（尚轻时代编译）
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