厲害了，我的尿素電池！

材料牛注：一談起尿素，你會想起它有什么作用？恐怕大多數人都會想起它可以作肥料，其實尿素的作用不止于此。，目前，斯坦福大學用尿素作為電池的電解質，研究出新型鋁離子電池，性能優異，更重要的是成本低廉，看來商業化之路不遠了。

電池可以很簡單，簡單到就是你高中時玩具汽車里面的檸檬汁電池。它也可以很復雜，復雜到要研究出商業化可行、且成本低廉的電池仍是許多研究人員的難以實現的目標。目前，斯坦福大學Hongjie Dai教授所帶領的團隊有了最新的進展，他們用尿液中的主要成分——尿素作為鋁離子電池的電解質，實現了性能優異、價格低廉的突破。

這并不是電池第一次借用尿液的“力量”，之前就有英國巴斯大學的研究人員創造性地使用了人類尿液制成了微生物燃料電池，更甚者還有人建立了一個可以直接將尿液轉化為電能的小便池。

斯坦福大學所研究的這種鋁離子電池是從從風能、太陽能等可再生能源中獲得電能的，這也是他們團隊對2015年首次制備的鋁離子電池的升級版，最初的版本是用的一種叫做EMIC的化學混合物作為作為主要的電解液，當與氯化鋁混合時，可以生成液態鹽，或者液態離子。

但是EMIC非常昂貴，促使研究人員尋找新的替代物。升級版電池大體和原來相同，不同點就是用尿素替代了EMIC，它比EMIC便宜近100倍，而且作為肥料的主要成分，易于實現商業化生產。

Hongjie Dai說：“這種電池是用的地球上儲量最豐富、最便宜的材料制成的，而且它的性能優異。可謂物美價廉。”

相比于鋰離子電池，該電池的能量密度是少了很多，只有鋰離子電池的一半，但是充放電的速率更快，45分鐘即可充好，不易燃，且價格低廉。

該研究論文作者Michael Angell，現在是斯坦福大學在讀博士，他說道：“由于尿素價格低廉，非常適合運用在電池上實現大規模網格電能存儲。而且它的庫倫效率很高，達到了99.7%，這就意味著它的循環壽命很長。”庫倫效率是指電池放電容量與同循環過程中充電容量之比，這就就是說電池中的可逆化學反應，使電池具有較長的循環壽命。

為了實現商業可行性，網格存儲電池至少需要10年使用壽命，而尿素鋁離子電池在實驗室環境下能夠達到1500次的充放電循環，現在研究人員們正通過改善電池的化學進程，從而進一步延長電池壽命，但是對于現在的情況而言，這種電池最有吸引力的地方還是在于它的低成本。

Michael Angell說：“即使大規模生產，EMIC的成本也在50美元/kg，而尿素卻只有0.5美元/kg。所以電解液的成本差異是巨大的，這也是電池中最昂貴的部分。”

鋁和石墨，這類電極材料比較便宜，在電池的生產成本中可以忽略不計。

該團隊的成果已發表在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences上。

原文鏈接：Low-cost, high-performing battery runs on urine byproduct.

文獻鏈接：High Coulombic efficiency aluminum-ion battery using an AlCl3-urea ionic liquid analog electrolyte.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，陳露編譯，點我加入材料人編輯部。

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