厉害了，我的尿素电池！

材料牛注：一谈起尿素，你会想起它有什么作用？恐怕大多数人都会想起它可以作肥料，其实尿素的作用不止于此。，目前，斯坦福大学用尿素作为电池的电解质，研究出新型铝离子电池，性能优异，更重要的是成本低廉，看来商业化之路不远了。

电池可以很简单，简单到就是你高中时玩具汽车里面的柠檬汁电池。它也可以很复杂，复杂到要研究出商业化可行、且成本低廉的电池仍是许多研究人员的难以实现的目标。目前，斯坦福大学Hongjie Dai教授所带领的团队有了最新的进展，他们用尿液中的主要成分——尿素作为铝离子电池的电解质，实现了性能优异、价格低廉的突破。

这并不是电池第一次借用尿液的“力量”，之前就有英国巴斯大学的研究人员创造性地使用了人类尿液制成了微生物燃料电池，更甚者还有人建立了一个可以直接将尿液转化为电能的小便池。

斯坦福大学所研究的这种铝离子电池是从从风能、太阳能等可再生能源中获得电能的，这也是他们团队对2015年首次制备的铝离子电池的升级版，最初的版本是用的一种叫做EMIC的化学混合物作为作为主要的电解液，当与氯化铝混合时，可以生成液态盐，或者液态离子。

但是EMIC非常昂贵，促使研究人员寻找新的替代物。升级版电池大体和原来相同，不同点就是用尿素替代了EMIC，它比EMIC便宜近100倍，而且作为肥料的主要成分，易于实现商业化生产。

Hongjie Dai说：“这种电池是用的地球上储量最丰富、最便宜的材料制成的，而且它的性能优异。可谓物美价廉。”

相比于锂离子电池，该电池的能量密度是少了很多，只有锂离子电池的一半，但是充放电的速率更快，45分钟即可充好，不易燃，且价格低廉。

该研究论文作者Michael Angell，现在是斯坦福大学在读博士，他说道：“由于尿素价格低廉，非常适合运用在电池上实现大规模网格电能存储。而且它的库伦效率很高，达到了99.7%，这就意味着它的循环寿命很长。”库伦效率是指电池放电容量与同循环过程中充电容量之比，这就就是说电池中的可逆化学反应，使电池具有较长的循环寿命。

为了实现商业可行性，网格存储电池至少需要10年使用寿命，而尿素铝离子电池在实验室环境下能够达到1500次的充放电循环，现在研究人员们正通过改善电池的化学进程，从而进一步延长电池寿命，但是对于现在的情况而言，这种电池最有吸引力的地方还是在于它的低成本。

Michael Angell说：“即使大规模生产，EMIC的成本也在50美元/kg，而尿素却只有0.5美元/kg。所以电解液的成本差异是巨大的，这也是电池中最昂贵的部分。”

铝和石墨，这类电极材料比较便宜，在电池的生产成本中可以忽略不计。

该团队的成果已发表在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences上。

原文链接：Low-cost, high-performing battery runs on urine byproduct.

文献链接：High Coulombic efficiency aluminum-ion battery using an AlCl3-urea ionic liquid analog electrolyte.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，陈露编译，点我加入材料人编辑部。

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