锂离子电池是目前最常见的电池之一,凡是智能手机、笔电与电动车,都可以看到它的身影,但锂在地壳含量着实不多,若是能换个常见的金属就好了。最近印度科学家就研发出铁离子蓄电池,声称比锂电池更稳定、更便宜,竞争力可期。
曾听过锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池,但铁离子电池可谓前所未见。印度理工学院(IIT)马德拉斯分校物理系教授 Ramaprabhu Sundara 表示,铁的物理、化学性质都不错,铁离子氧化还原电位(Redox potential)比锂离子高,亚铁离子(Fe²⁺)半径也比锂的离子半径还要小,过去科学家都略过这些优点。
看好铁的可能性,团队开始研制铁离子电池,他们把低碳钢当作阳极,阴极用五氧化二钒来制造,电解质则是采用高氯酸铁,其中阳极采用低碳钢的原因在于,若是用纯铁(pure iron),铁离子难以在阳极穿梭,但在低碳钢加入少量碳后,就能解决这个问题。
团队指出,五氧化二钒常用于多价离子电池,间距较大,铁离子容易在其中穿梭,而测试多种或常规或特殊电解质后,团队也发现醚基高氯酸铁溶液电解质的效能最好。
团队认为,以低碳钢制造铁离子电池,能提高成本效益、稳定性及储电容量,可储存较高电量等优势。除此之外,与锂电池不同,铁并不会生成晶枝,能有效防止电池在充放电时短路,因此能大幅提高铁离子电池的安全性。
根据研究测试,目前铁离子电池只能进行 150 次充放电循环,50 次循环后维持 54% 电量;重量能量密度为每公斤 220Wh,锂离子电池则是每公斤 350Wh,大约是锂电池 55%~60%,显然在寿命跟储电容量方面,还需要进一步最佳化。
不过铁离子电池仍是具潜力的技术,毕竟锂离子电池并非完美无缺,不管是锂矿开采、电池稳定性都备受争议。
虽然锂矿开采相对便宜,但通常都是透过抽取盐水并加以蒸发处理的方式来取得锂矿,开采锂矿需要大量水,每吨锂得使用 500,000 加仑水,且锂矿的有毒化学品若不小心泄漏,也会对生态系统造成严重破坏。
因此团队认为,铁是个不错的替代方案,并不断研究并冀望能商业化。研究已发表在《Chemical Communications》。
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Could Iron Replace Lithium in Batteries?
IIT Madras registers initial success with iron ion battery
Rechargeable Iron Ion Battery