據(jù)外媒報(bào)道，圣路易斯華盛頓大學(xué)（Washington University in St. Louis）的Peng Bai實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種高效、穩(wěn)定的無負(fù)極鈉離子電池。Peng Bai為該校能源、環(huán)境和化學(xué)工程系的助理教授。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，這種電池要小得多，而且成本更低。

（圖片來源：WUSTL）

傳統(tǒng)的鋰離子電池由正極和負(fù)極組成，二者都可以存儲鋰離子；兩個電極之間有隔板；離子通過電解液移動。當(dāng)鋰離子從負(fù)極流向正極時(shí)，自由電子通過集流器流向需要供電的設(shè)備，而鋰離子則通過隔板流向正極。這一充電過程是可逆的，鋰離子也會從正極通過隔板到達(dá)負(fù)極。

用鈉離子取代鋰離子，并取消負(fù)極的概念并不新鮮。但研究人員表示，這種無負(fù)極電池總是很快就失效，或者容量非常低，或者需要對集流器進(jìn)行特殊處理。由于枝晶生長，無負(fù)極電池往往很不穩(wěn)定。以往，這被歸咎于堿金屬的反應(yīng)性，在無負(fù)極電池中，也就是金屬鈉。

在新電池設(shè)計(jì)中，負(fù)極側(cè)只用一層銅箔作為集流器，即電池中沒有活性負(fù)極材料。鈉離子不是流動到負(fù)極，而是被轉(zhuǎn)化為金屬，直到再返回正極。首先，它們將自己鍍在銅箔上，等到需要回到正極時(shí)，它們又溶解了。研究人員Bingyuan Ma表示：“據(jù)我們觀察，電池中沒有形成枝晶。而且，鈉離子沉積物平整，帶有金屬光澤。關(guān)于這種堿金屬，我們從來沒有觀察到過這種生長模式?！?/p>

研究人員開發(fā)的是一種獨(dú)特的透明微管電池，可以從新的視角觀察電池。傳統(tǒng)上，必須將電池打開，才能檢測其中存在的問題。但是，這種后發(fā)式觀察的作用有限。Bai表示：“電池的不穩(wěn)定性都是在運(yùn)行過程中累積形成的。真正重要的是，動態(tài)過程中的不穩(wěn)定因素，但這是沒有辦法表征的?！蓖ㄟ^觀察透明無負(fù)極微管電池，“我們可以清楚地看到，如果不好好控制電解液，你會發(fā)現(xiàn)各種不穩(wěn)定因素?！卑ㄖУ男纬伞?/p>

從本質(zhì)上來說，這要?dú)w結(jié)于電解液中有多少水。堿金屬可以與水反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)嘗試減少水含量。在觀察電池的運(yùn)行過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)光滑的、有光澤的鈉沉積物。正是材料的光滑性，消除了枝晶形成的可能性。Bai表示：“我們對微管電池進(jìn)行檢測，并發(fā)現(xiàn)電解液的干燥過程更長。大家都在談?wù)撾姵刂械暮?，但在以前的研究中，人們通常認(rèn)為，水的數(shù)量只是需要注意的一個統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。實(shí)際上，這是關(guān)鍵所在。

“含水量必須低于百萬分之十。正是認(rèn)識到這一點(diǎn)，才制造出了微管電池，而且是工作電池。從性能上看，這種電池類似于標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池，但是因?yàn)闆]有負(fù)極，所占用的空間要少得多?！?/p>

研究人員表示，電動汽車中有四分之一的成本來自于電池。鈉離子電池的能量密度與鋰離子電池相當(dāng)，但使用的是比鋰更常見的金屬，而且因?yàn)闆]有負(fù)極，比目前的鋰離子電池更小，成本更低。

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