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新“夢(mèng)想電池”300次充放電保持穩(wěn)定

科技日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2021-12-10 10:21:55  作者:劉霞

  美國(guó)科學(xué)家在最新一期《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上發(fā)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(wèn)題,使電池壽命更長(zhǎng)——歷經(jīng)300次充放電仍然性能穩(wěn)定。最新研究是鈉硫電池商業(yè)化道路上的一個(gè)重要里程碑,這種電池未來(lái)有望取代現(xiàn)在廣泛使用的鋰電池。

  鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域,但生產(chǎn)鋰電池的原材料鋰和鈷不僅儲(chǔ)量有限,而且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)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(huán)保。鑒于此,過(guò)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(fù)責(zé)人、美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校材料研究所所長(zhǎng)阿魯姆甘·曼提拉姆教授說(shuō):“鈉和硫含量豐富,對(duì)環(huán)境無(wú)害,而且成本更低,鈉硫電池堪稱一種‘夢(mèng)想電池’。”

  在曼提拉姆團(tuán)隊(duì)近期開(kāi)展的兩項(xiàng)鈉電池研究中,科學(xué)家們調(diào)整了電解液的組成,有助離子在陰極和陽(yáng)極之間來(lái)回移動(dòng),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(jiàn)問(wèn)題——電池陽(yáng)極上會(huì)生長(zhǎng)出針狀結(jié)構(gòu)樹(shù)枝晶,導(dǎo)致電池迅速老化、出現(xiàn)短路,甚至起火爆炸。

  研究人員解釋說(shuō),在以前的鈉硫電池電解液中,由硫形成的中間化合物會(huì)溶解在電解液中,并在電池內(nèi)的兩個(gè)電極之間穿梭,導(dǎo)致材料損失、部件退化和枝晶形成。而他們調(diào)配的新電解液采用惰性(不參與化學(xué)反應(yīng))溶劑稀釋濃鹽溶液,從而使電解液保持“半溶解”狀態(tài)。結(jié)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(wèn)題。這使電池的壽命更長(zhǎng),歷經(jīng)300次充放電循環(huán)仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。

  過(guò)去一年,鋰價(jià)飛漲,人們對(duì)鋰電池替代品的呼聲日益高漲。研究人員計(jì)劃在這一突破的基礎(chǔ)上,用更大的電池進(jìn)行測(cè)試,觀察其能否應(yīng)用于電動(dòng)汽車以及風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的儲(chǔ)存。




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