鈉離子型“全固態”電池有望取代鋰離子電池

目前，鋰離子電池在電池技術方面占據著最重要的地位，但其價格比較昂貴，并且電池中含有易燃液體，可能會造成安全隱患。為了滿足人們日益增長的用于電動汽車和可再生能源儲存的電池的需求，瑞士聯邦材料科學與技術實驗室（Empa）和瑞士日內瓦大學（UNIGE）的研究人員，設計了一種被稱為“全固態”的新型電池。

新的固體鈉電池的組成

這種電池在能夠儲存更多電量的同時，還保持了其安全性和可靠性。此外，電池是以鈉為基礎的，鈉是鋰的廉價替代品。這種新穎的電池原型在EnergyandEnvironmentalScience雜志中有介紹。

所有的電池都是由陽極（負極）、陰極（正極）和電解質溶液組成的。當鋰離子電池充電時，鋰離子會離開陰極并移向陽極。為了防止形成鋰枝晶（鋰枝晶是一種能引起電池短路的微觀石筍，可能引起電池損壞），商用電池中的陽極是由石墨制成的而不是由金屬鋰制成的，盡管金屬鋰這種超輕金屬會增加可儲存的能量。

當開始生產增強型電池時，Empa和UNIGE的研究人員決定使用鈉來取代鋰，同時采用固體電解質而不是傳統的液體電解液，以提高電池的充電速度、儲存容量和安全性。通過物理方法阻擋枝晶的形成，固體電解質應該允許它們利用金屬陽極，使得可以在保證安全的同時存儲更多的能量。

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“但是，我們仍需找到一種合適的固體離子導體，它不僅要無毒，而且還要具有化學穩定性和熱穩定性，可以使鈉容易在陽極和陰極之間移動，”在UNIGE理學院的物理化學系的HansHagemann教授說。研究人員發現，一種名為氯硼烷的硼基物質可以使鈉離子自由循環。此外，由于氯硼烷是一種無機導體，因此其消除了充電時有機電解液會引起電池燃燒的危險。

Empa的能量轉換實驗材料研究員兼UNIGE科學院物理化學系博士生LéoDuchêne解釋道：“目前存在的難題是：如何在電池的三層結構之間建立緊密的接觸：由固體金屬鈉組成的陽極;由混合的氧化鉻鈉組成的陰極;由氯硼烷組成的電解質。研究人員的解決這一問題的方案是：在添加氧化鉻鈉粉末之前，將部分電池電解質溶解在溶劑中。一旦溶劑蒸發，研究人員便將陰極粉末復合物與電解質和陽極堆疊在一起，壓縮各個層以形成電池。

科學家經測試發現：超過250次充放電循環之后的電池，其電量容量的85％仍然是正常的。研究人員說：“但是在電池投入市場之前需要1200個周期，此外，我們還需要在室溫下測試電池，以確認在增加電壓的同時是否會形成樹枝狀結構。為此，我們也將繼續對其做出更深入的探討。”