研究人员在实验室里制造了铝纽扣电池。电池外壳是用不锈钢材料制造的，并且内部涂有氮化钛，使其具有耐腐蚀性能。

图片来源：ETH Zurich / Kostiantyn Kravchyk

一种新的导体材料和一种新的电极材料可以为廉价的电池铺平道路，从而为可再生能源的大规模储存铺平道路。

能源储存过渡依赖于技术，这些技术允许廉价的可再生能源临时储存电力。一个最有可能的选的是铝电池，它是由廉价而丰富的原材料制成的。

由功能性无机材料教授Maksym Kovalenko领导的来自苏黎世ETH和Empa的科学家们，都参与了这类电池的研究和开发。研究人员现在已经确定了两种新材料，可以为铝电池的发展带来极大的进步。第一种是耐腐蚀材料，用于电池的导电部件；第二种是一种新型材料，用于电池的正极，可以适应各种各样的技术要求。

由于铝电池中的电解液腐蚀不锈钢、黄金和铂，科学家们正在寻找耐腐蚀的电池导电材料。氮化钛是一种具有高导电性的陶瓷材料，可作为导体。Kovalenko解释道：“这种化合物是由非常丰富的钛和氮元素组成的，而且很容易制造。”

科学家们已经成功地在实验室里制造了由氮化钛制成的导电部件的铝电池。这种材料可以很容易地以薄膜的形式产生，也可以作为涂层，覆盖其他材料，如聚合物箔。Kovalenko认为，或许可以用传统金属制造导体，并将其涂上氮化钛，甚至可以在塑料上印上导电的氮化钛轨道。Kovalenko说：“氮化钛的潜在应用并不局限于铝电池。这种材料也可以用于其他类型的电池；例如，那些以镁或钠为基础的，或者在高压锂离子电池中。”

聚芘的分子结构 图片来源：Walter M et al.Advanced Materials 2018

第二种新材料可用于铝电池的正极。而这些电池中的负极是由铝制成的，而正极则是由石墨制成的。现在，Kovalenko和他的团队已经发现了一种新的材料，它可以在电池能量存储上与石墨竞争。它就是聚芘，一种具有链状(聚合物)分子结构的碳氢化合物。在实验中，样品材料特别是那些分子链以一种无序的方式聚集的物质被证明是最好的，Kovalenko解释说：“分子链之间还有很多空间。这使得相对较大的电解液离子能够很容易地穿过，使电池充电。”

含有聚芘的电极的优点之一就是科学家能够轻松改变材料的特性，比如孔隙度。因此，材料可以很好地适应特定的应用。Kovalenko说：“相比之下，目前使用的石墨是一种矿物。从化学工程的角度来看，我们不能改变他的特性。”

由于氮化钛和聚芘都是柔性材料，研究人员认为它们适合用于“袋状电池”(用柔性薄膜包裹的电池)。

能量转换电池

目前，越来越多的电能来自太阳能和风能。然而，当太阳不发光，风也不吹的时候，电力仍然需要，因此，需要新的技术，比如新型的电池，低成本的储存电能的方式等。尽管现有的锂离子电池由于其轻重量而成为电动汽车的理想选择，但它们也相当昂贵，因此不适合大规模、固定电力的存储。

此外，锂是一种相对稀有的金属，不像铝、镁和钠等容易获得。因此，基于后三种元素之一的电池被认为是未来固定电能储存的一个很有前景的材料。然而，这类电池仍处于研究阶段，尚未进入工业用途。