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提高鈉離子電池性能的一種解決方案
日期:2022-08-15   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
在一種實驗性的鈉離子電池技術(shù)中,一小瓶清澈的鈉離子電解質(zhì)提供了保持離子和能量流動的循環(huán)“血液”。


能源部(DOE)的研究人員已經(jīng)取得了重大突破,他們認(rèn)為這或許是鈉離子電池可以成為鋰離子電池可行替代品的解決方案。

能源部西北太平洋國家實驗室(PNNL)調(diào)整了鈉基存儲設(shè)備液體核心的成分,以極大地延長了使用壽命,并解決到目前為止一直困擾他們的性能問題。

其中一位首席研究人員Jiguang Zhang表示:“在這里,我們原則上表明,鈉離子電池有潛力成為一種持久、環(huán)保的電池技術(shù)。”相關(guān)論文發(fā)表在《Nature Energy》雜志上。

科學(xué)人員一直以來都將鈉離子電池視為未來取代鋰離子電池的最佳選擇,原因有一下幾點。鈉的豐度,遠(yuǎn)比鋰要便宜、更容易獲得、更合乎道德的開采,而鋰是一種昂貴且有限的資源,在世界不發(fā)達(dá)地區(qū)以剝削的方式提取。

研究人員表示,鈉離子電池還可能在任何給定重量和體積下保持高容量的能量,而鋰離子電池會隨著能量密度的增加而變得更重,使得鈉離子電池取代鋰離子電池變得更具有吸引力。

電池的穩(wěn)定性

具體來說,PNNL團(tuán)隊使用電池的液體電解質(zhì),該電解質(zhì)通過將鹽溶解在溶劑中形成。電解液是電池的一部分,其中帶電離子在正極和負(fù)極之間流動。隨著時間的推移,任何電池都會變得遲鈍,這限制了設(shè)備可以再充電的次數(shù),并且仍然保持充電狀態(tài),從而實現(xiàn)最佳功能。

鈉離子電池的一個主要缺點是,電荷衰減比鋰離子電池快,這將阻礙其作為鋰離子電池商業(yè)替代品的可行性。

在科學(xué)家Yan Jin和Phung Le的帶領(lǐng)下,PNNL團(tuán)隊通過創(chuàng)造一種新的電解液配方來解決這個問題,將液體溶液和流經(jīng)電池的鹽類型切換,以解決設(shè)備這部分通常會出現(xiàn)的一個關(guān)鍵問題。

目前用于鈉離子電池的電解液往往會溶解裝置中陽極或負(fù)極上的保護(hù)膜。保護(hù)膜是電池中的關(guān)鍵部分,因為保護(hù)膜可以允許鈉離子通過陽極的同時維持電池壽命。

為了解決該問題,研究人員穩(wěn)定了陽極的保護(hù)膜,同時在陰極(正極)添加超薄保護(hù)層。根據(jù)研究人員的報道,他們對該裝置的改進(jìn)使電池整體更加穩(wěn)定,在實驗測試中,在4.2V電壓下300次循環(huán)后,電池可以保持90%的電池容量。

雖然鈉離子電池比之前研發(fā)的鈉離子電池性能都要高,但還不能與鋰離子電池相提并論。然而研究人員表示,這是迄今為止在推進(jìn)鈉基電池設(shè)計方面最有希望的工作之一。

高電壓性能


由PNNL團(tuán)隊研發(fā)的電池也展示了在高電壓狀態(tài)下運行的能力方面比目前的鋰離子電池設(shè)計有所提高,而高電壓下的運行能力一直是后者的難題。事實上,鋰離子設(shè)計在能量密度過高時會發(fā)生短路甚至火災(zāi),這也是科學(xué)家們尋找替代它們的關(guān)鍵原因之一。

研究人員表示,另一方面,新型鈉基電池使用了一種自然滅火溶液,不受溫度變化的影響,并且可以在高壓狀態(tài)下工作。在陽極上形成的超薄層是關(guān)鍵,提供了整體器件穩(wěn)定性。

研究人員表示,他們還測量了陰極氣體蒸汽的產(chǎn)生量,并發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的量是極小的。這將可以為科學(xué)家開發(fā)用于高溫工作的鈉離子電池穩(wěn)定電解質(zhì)提供了新的思路。

PNNL團(tuán)隊的目標(biāo)是通過改進(jìn)目前的電池設(shè)計,并與其他公司進(jìn)行試驗,以減少并可能消除電池中通常使用的其他問題材料的使用,繼續(xù)其工作。他們說,其中一種是鈷,如果不回收或回收,鈷是有毒的,價格昂貴。

原標(biāo)題:提高鈉離子電池性能的一種解決方案
 
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來源:中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會
 
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