研究人员制定了更好的多价电池路线图

锂离子电池以其高能量密度而闻名，从移动电话到便携式计算机和电动汽车，但随着对网格规模的能量存储和其他应用的需求变得越来越紧迫，研究人员寻求了更便宜，更易获得的替代品锂。

使用更丰富的多价金属的电池可能会彻底改变能量存储。研究人员回顾了多价金属离子电池研究的现状，并为《自然能源》的未来工作提供了路线图。他们报告说，使用镁，钙，锌和铝的顶级候选人都具有很大的希望，但要满足实际应用也面临着严峻挑战需要。

休斯敦大学库伦工程学院电气与计算机工程副教授，《华盛顿邮报》的特约作者之一，姚燕说：“在这篇综述中，我们阐明了多价金属基电池的关键优势以及常见的误解。”纸。在朝着不断提高的能量密度目标的竞争中，多价金属离子电池被视为大规模储能的替代解决方案，而不是锂基电池的直接竞争对手。

研究人员还检查了金属阳极的生长行为。虽然镁是一种很有前途的材料，但姚明说，重要的是要注意，不能保证以无枝晶的形态普遍镀覆。他说：“只有在没有副反应，活性金属表面没有钝化并且镁镀层剥离的库伦效率接近统一的选定电解质溶液中才这样做。”

姚亦是超高压德克萨斯州超导中心(TcSUH)的首席研究员。

UH的电气和计算机工程系的研究助理教授，第一作者之一Yanliang“ Leonard” Liang说，该论文对现有阴极材料的评论也提供了新的见解。他说：“我们还讨论了使真正的多价金属离子基储能材料具有竞争性能的设计策略。”

研究人员的要点包括：

对锂的可获得性和成本的担忧促使人们对替代电池技术产生了兴趣，这些替代电池技术使用了更丰富的元素，具有更高的能量密度和更高的安全性。主要的候选物质包括镁，钙，锌和铝，它们都被称为多价金属或具有多个价电子的金属，

这些多价金属离子电池在工作原理上与锂离子电池有很多相似之处，这表明它们可以被工业迅速采用。

对这些电池的预期能量密度的先前评估通常仅考虑多价金属阳极(仅是电池中两个电极之一)，这往往会得出令人误解的结论。研究人员基于阳极和阴极对能量密度进行了重新评估，旨在将这些电池更好地定位在储能领域

直接将金属用作阳极是保证这些电池安全性和能量密度的重要方面，但是围绕这些阳极的生存能力存在不确定性

电解质溶液和对相关界面现象的理解正在改善，但仍远未建立

寻找优质正极材料需要进行传统电池研究中不常见的考虑。多价电池阴极的离子存储机理要比锂离子阴极复杂得多。

结果，对阴极化学的误解在文献中令人惊讶地普遍

研究人员还发布了一系列建议，以确保将来的研究直接针对改进电池，包括：

更好地了解金属阳极的生长行为，这是实现所谓的锂离子电池安全性承诺的关键步骤

正确评估金属阳极与电解质溶液的相容性以及保护涂层的有效性的实践

正确解释阴极离子存储机理的程序和技术

设计更好的阴极材料的方法

一张表格比较了基于可能取代锂的每种多价金属元素的电池的最先进组件(金属阳极，电解质和阴极材料)发现，尽管某些组件比其他组件更先进，但没有其他选择准备商业化。