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電池未來有望取代現在廣泛使用的鋰電池

來源:科技日報 2021-12-10 11:37中投網 A-A+

  美國科學家在最新一期《美國化學學會雜志》上發表論文稱,他們研制出一種新式鈉硫電池,解決了同類電池普遍面臨的枝晶等問題,使電池壽命更長——歷經300次充放電仍然性能穩定。最新研究是鈉硫電池商業化道路上的一個重要里程碑,這種電池未來有望取代現在廣泛使用的鋰電池。

  鋰離子電池目前廣泛應用于智能手機和電動汽車等領域,但生產鋰電池的原材料鋰和鈷不僅儲量有限,而且會對環境產生一定的負面影響,包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而鈉和硫等材料更便宜、更容易獲得(鈉可從海洋中獲得)且更環保。鑒于此,過去20年中,研究人員一直致力于研究能在室溫下工作的鈉基電池。

  最新研究負責人、美國得克薩斯大學奧斯汀分校材料研究所所長阿魯姆甘·曼提拉姆教授說:“鈉和硫含量豐富,對環境無害,而且成本更低,鈉硫電池堪稱一種‘夢想電池’。”

  在曼提拉姆團隊近期開展的兩項鈉電池研究中,科學家們調整了電解液的組成,有助離子在陰極和陽極之間來回移動,刺激電池的充電和放電。此外,他們還攻克了鈉電池中的常見問題——電池陽極上會生長出針狀結構樹枝晶,導致電池迅速老化、出現短路,甚至起火爆炸。

  研究人員解釋說,在以前的鈉硫電池電解液中,由硫形成的中間化合物會溶解在電解液中,并在電池內的兩個電極之間穿梭,導致材料損失、部件退化和枝晶形成。而他們調配的新電解液采用惰性(不參與化學反應)溶劑稀釋濃鹽溶液,從而使電解液保持“半溶解”狀態。結果表明,新電解液可以防止硫溶解,從而解決了穿梭和枝晶問題。這使電池的壽命更長,歷經300次充放電循環仍表現出穩定的性能。

  過去一年,鋰價飛漲,人們對鋰電池替代品的呼聲日益高漲。研究人員計劃在這一突破的基礎上,用更大的電池進行測試,觀察其能否應用于電動汽車以及風能、太陽能等可再生能源的儲存。

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