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日内瓦大学开发新材料提高固态钠电池的性能

2022-02-17 10:27:38 来源：盖世汽车网

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简介：电池技术的未来在于钠。目前，大多数设备和车辆以锂电池为动力源(600405)，相比之下，钠比锂更具有可持续性，而且在地壳中的储量也很丰富。唯一的问题是，这种离子在传统电池的液体电解质中不易移动，导致其效率低于锂。解决方法在于开发一种固体电解质。据外媒报道，日内瓦大学（UNIGE）的研究团队通过改变由碳、硼和氢（碳氢化硼酸盐，carbo hydridoborate）组成的材料的晶体结构，成功应对这一挑战。该团队还确定了可施加于电池的理想压力，以使其有效运行。

电池技术的未来在于钠。目前，大多数设备和车辆以锂电池为动力源(600405)，相比之下，钠比锂更具有可持续性，而且在地壳中的储量也很丰富。唯一的问题是，这种离子在传统电池的液体电解质中不易移动，导致其效率低于锂。解决方法在于开发一种固体电解质。据外媒报道，日内瓦大学（UNIGE）的研究团队通过改变由碳、硼和氢（碳氢化硼酸盐，carbo hydridoborate）组成的材料的晶体结构，成功应对这一挑战。该团队还确定了可施加于电池的理想压力，以使其有效运行。

（图片来源：日内瓦大学）

锂离子电池于1990年代初进入市场，目前为大多数电子设备和电动汽车提供动力。然而，这种电池存在两个主要缺点。首先是其中的液体电解质高度易燃，一旦发生泄漏，会与氧气发生剧烈反应，对使用者造成重大危害。另外，全球锂矿分布不均，锂供应存在一定问题。
另一种选择是钠电池。这种化学元素在地球和海洋中都很丰富，比锂成本低，同时更易于回收。然而，这种电池还没有得到广泛使用。UNIGE科学学院晶体学实验室的研究员Fabrizio Murgia表示：“这种电池采用与锂电池不同的生产技术。业界仍不愿采用这种不太熟悉的技术。”
目前领先的高效材料
因为钠比锂重，其离子在液体电解质中不易移动。解决方案是设计一种不可燃的固体电解质。然而，迄今已开发的这类由氢硼酸盐（hydridoborates ，硼和氢）组成的电解质，还达不到锂电池的性能。最近，日内瓦大学的晶体学实验室进行了两项研究，成功解决这一问题。
在第一项研究中，研究人员开发了一种高效材料——碳氢化硼酸钠（NaCB11H12）。该实验室负责人Radovan Cerny教授表示：“这种用于核医学的材料，最初是不导电的。通过更改其晶体结构，更精确地改变原子的空间排列，可成功使其导电。这使其成为目前最有效的钠离子传输方式。”为了实现这一结果，研究团队在球磨机内对该化合物进行高冲击，从而产生高温。这是一种在水泥产业中广泛应用的节能方法。
第二个研究项目涉及将这种材料置于实际环境中。为了让电池工作，必须将电解质（无论是液体还是固体）牢牢地装在电池内，使其与电池的正、负极密切接触。该实验室的前博士后学者Matteo Brighi解释道：“为了达到这个目的，可以通过螺丝或弹簧来施加压力。研究人员寻找可施加在固体电解质上的理想‘力’。”结果表明，这大约是400个大气压（相当于4000米深度的水下压力），只需拧几下螺丝即可轻松实现。
这些发现为更容易地生产钠电池铺平了道路，尤其是在汽车行业。Fabrizio Murgia总结道：“这些电池的重量稍重，主要可以用来为汽车提供动力，其制造成本效益还有待评估。现在，重要的是让业界认识到，这种新发现的材料真的很有趣。”