美國科學家在最新一期《美國化學學會雜志》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題,使電池壽命更長——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)化道路上的一個重要里程碑,這種電池未來有望取代現(xiàn)在廣泛使用的鋰電池。

鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于智能手機和電動汽車等領(lǐng)域,但生產(chǎn)鋰電池的原材料鋰和鈷不僅儲量有限,而且會對環(huán)境產(chǎn)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(huán)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(huán)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(diào)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(jié)構(gòu)樹枝晶,導致電池迅速老化、出現(xiàn)短路,甚至起火爆炸。

研究人員解釋說,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(nèi)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(diào)配的新電解液采用惰性(不參與化學反應(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題。這使電池的壽命更長,歷經(jīng)300次充放電循環(huán)仍表現(xiàn)出穩(wěn)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(chǔ)上,用更大的電池進行測試,觀察其能否應(yīng)用于電動汽車以及風能、太陽能等可再生能源的儲存。(科技日報 記者劉霞)

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