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日内瓦大学开发新材料 提高固态钠电池的性能

财经 盖世汽车网    2022-02-16 16:32

盖世汽车讯 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,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。

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(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。”

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责任编辑: 4161HSS

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