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新能源曙光 美国科学家开发出钠电池

来源:旺报2020-06-02 00:30355

研究员展示钠电池原型。(图/华盛顿大学)

华盛顿州立大学(WSU)和西北太平洋国家实验室(PNNL)的研究人员,创建了一种钠离子电池,有望成为新一代的充电电池,而且比现行的锂离子电池有个巨大的优势,就是原料相当廉价。

科技探险(techxplore)报导,功效良好的锂离子电池,几乎可说「改变了整个时代」,它几乎达到「无处不在」的地步,举凡手机、笔记型电脑、和电动汽车,都需要用到锂离子电池。但是锂离子电池一直都有个隐忧,就是稀缺。锂电池的材料来自钴、锂等稀少、昂贵的材料制成,所以未来这些材料将变得更难获得,有朝一日可能会遇到材料枯竭的危机,因此钠电池就是一种希望。

锂与钠都是碱金族元素,具有类似的化学特性,因此理论上,钠离子电池也是可行的,许多研究团队也都在开发钠电池,WSU 大学的机械与材料工程学院教授Lin Yuehe,与PNNL的科学家Li Xiaolin Li,提出了迄今为止最好的钠离子电池,它具有与锂离子电池类似的容量,并且能够多次充放电。团队表示,在经过1,000次的充放电循环后,电池仍然有80%以上的蓄电量。

美国能源部电力办公室储能研究室主管伊默 ‧古克博士(Imre Gyuk)说:「这是钠离子电池的一项重大发展,人们会希望用钠离子电池,代替锂离子电池。」

钠在自然环境中,多以氯化钠(食盐)的型式存在,所以它非常丰富,不幸的是,钠电池的研发并不容易,最大的关键问题在阴极材料,与锂电池用久了会遇到「枝晶」阻碍贮电效能一样,钠电池的阴极也会遇到结晶,而且情况会比锂电池更明显。该论文的主要作者,WSU博士说:「关键的挑战是,电池要具有高能量密度和良好的循环寿命。」

为了克服问题,研究团队发明了一种多层的金属氧化物阴极,和一种盐度更高的电解液,这种电解液与阴极之间的相互作用更好。钠离子能够在阴极持续运动而不会停留在表面,终于实现无阻碍的充蓄电。

研究人员正在努力更好地理解其电解质与阴极之间的重要相互作用,以改善电池设计。他们还希望设计一种不使用钴的电池,钴是另一种相对昂贵且稀有的金属,在地壳中的含量仅0.0023%。

研究人员说,他们颇有自信找对了钠离子电池的研发道路,并且寻到无钴或低钴阴极材料的线索,假如找到可行的锂和钴的廉价替代品,那么改变世界的程度,有可能成就另一场工业革命。

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