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日內(nèi)瓦大學(xué)開發(fā)新材料 提高固態(tài)鈉電池的性能

2022-02-17 10:27:38 來源:蓋世汽車網(wǎng)
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簡介:電池技術(shù)的未來在于鈉。目前,大多數(shù)設(shè)備和車輛以鋰電池為動力源(600405),相比之下,鈉比鋰更具有可持續(xù)性,而且在地殼中的儲量也很豐富。唯一的問題是,這種離子在傳統(tǒng)電池的液體電解質(zhì)中不易移動,導(dǎo)致其效率低于鋰。解決方法在于開發(fā)一種固體電解質(zhì)。據(jù)外媒報道,日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)的研究團隊通過改變由碳、硼和氫(碳?xì)浠鹚猁},carbo hydridoborate)組成的材料的晶體結(jié)構(gòu),成功應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。該團隊還確定了可施加于電池的理想壓力,以使其有效運行。
電池技術(shù)的未來在于鈉。目前,大多數(shù)設(shè)備和車輛以鋰電池為動力源(600405),相比之下,鈉比鋰更具有可持續(xù)性,而且在地殼中的儲量也很豐富。唯一的問題是,這種離子在傳統(tǒng)電池的液體電解質(zhì)中不易移動,導(dǎo)致其效率低于鋰。解決方法在于開發(fā)一種固體電解質(zhì)。據(jù)外媒報道,日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)的研究團隊通過改變由碳、硼和氫(碳?xì)浠鹚猁},carbo hydridoborate)組成的材料的晶體結(jié)構(gòu),成功應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。該團隊還確定了可施加于電池的理想壓力,以使其有效運行。
(圖片來源:日內(nèi)瓦大學(xué))
鋰離子電池于1990年代初進入市場,目前為大多數(shù)電子設(shè)備和電動汽車提供動力。然而,這種電池存在兩個主要缺點。首先是其中的液體電解質(zhì)高度易燃,一旦發(fā)生泄漏,會與氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng),對使用者造成重大危害。另外,全球鋰礦分布不均,鋰供應(yīng)存在一定問題。
另一種選擇是鈉電池。這種化學(xué)元素在地球和海洋中都很豐富,比鋰成本低,同時更易于回收。然而,這種電池還沒有得到廣泛使用。UNIGE科學(xué)學(xué)院晶體學(xué)實驗室的研究員Fabrizio Murgia表示:“這種電池采用與鋰電池不同的生產(chǎn)技術(shù)。業(yè)界仍不愿采用這種不太熟悉的技術(shù)?!?/span>
目前領(lǐng)先的高效材料
因為鈉比鋰重,其離子在液體電解質(zhì)中不易移動。解決方案是設(shè)計一種不可燃的固體電解質(zhì)。然而,迄今已開發(fā)的這類由氫硼酸鹽(hydridoborates ,硼和氫)組成的電解質(zhì),還達(dá)不到鋰電池的性能。最近,日內(nèi)瓦大學(xué)的晶體學(xué)實驗室進行了兩項研究,成功解決這一問題。
在第一項研究中,研究人員開發(fā)了一種高效材料——碳?xì)浠鹚徕c(NaCB11H12)。該實驗室負(fù)責(zé)人Radovan Cerny教授表示:“這種用于核醫(yī)學(xué)的材料,最初是不導(dǎo)電的。通過更改其晶體結(jié)構(gòu),更精確地改變原子的空間排列,可成功使其導(dǎo)電。這使其成為目前最有效的鈉離子傳輸方式?!睘榱藢崿F(xiàn)這一結(jié)果,研究團隊在球磨機內(nèi)對該化合物進行高沖擊,從而產(chǎn)生高溫。這是一種在水泥產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用的節(jié)能方法。
第二個研究項目涉及將這種材料置于實際環(huán)境中。為了讓電池工作,必須將電解質(zhì)(無論是液體還是固體)牢牢地裝在電池內(nèi),使其與電池的正、負(fù)極密切接觸。該實驗室的前博士后學(xué)者Matteo Brighi解釋道:“為了達(dá)到這個目的,可以通過螺絲或彈簧來施加壓力。研究人員尋找可施加在固體電解質(zhì)上的理想‘力’?!苯Y(jié)果表明,這大約是400個大氣壓(相當(dāng)于4000米深度的水下壓力),只需擰幾下螺絲即可輕松實現(xiàn)。
這些發(fā)現(xiàn)為更容易地生產(chǎn)鈉電池鋪平了道路,尤其是在汽車行業(yè)。Fabrizio Murgia總結(jié)道:“這些電池的重量稍重,主要可以用來為汽車提供動力,其制造成本效益還有待評估?,F(xiàn)在,重要的是讓業(yè)界認(rèn)識到,這種新發(fā)現(xiàn)的材料真的很有趣?!?/span>
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