製造混亂只為研發“理想”電池
2020-10-13 10:29:22      來源:中國科學報

氫硼酸鹽晶體中鈉離子擴散的三維表面。圖片來源:UNIGE/Brighi

目前,為電子設備和電動汽車提供動力的鋰電池有許多缺點。例如,電解液(一種能使電子和正電荷在電極之間移動的介質)是易燃液體。此外,電池所用的鋰是一種有限的資源。近日,瑞士日內瓦大學(UNIGE)結晶學專家開發了一種不易燃的固態電解質,後者可以在室温下工作。

該電池的輸送工具是地球上隨處可見的鈉,而不是鋰。研究人員認為,這是一個成功的組合,也意味着有可能製造出更強大的電池。這些“理想”電池的性質將基於電解質的晶體結構,即由硼和氫組成的硼酸鹽。UNIGE研究小組在Cell Reports Physical Science上發表了製造固體電解質的相關策略。

對於可持續發展來説,儲存能源的挑戰是巨大的。事實上,電動汽車的發展有賴於強大、安全的電池的存在,正如太陽能和風能等可再生能源的發展有賴於能源存儲能力一樣。鋰電池是當前解決這些挑戰的答案。不幸的是,鋰需要液態電解質,一旦發生泄漏,這些電解質具有高度爆炸性,且鋰在地球上並不是隨處可見的。UNIGE博士後研究員Fabrizio Murgia認為,鈉是替代鋰的一個很好的選擇,因為它的化學和物理性質接近鋰,而且隨處可見。

這兩種元素——鈉和鋰——在元素週期表中相距很近。“問題是鈉比它的兄弟鋰重。這意味着它很難在電池電解液中行走。”論文第一作者、UNIGE博士後研究員Matteo Brighi補充説。2013年和2014年,日本和美國的研究小組發現,在超過120攝氏度的温度下,硼酸鹽是良好的鈉導體。但對於日常使用的電池來説,這個温度過高了。

於是,UNIGE結晶學家開始着手降低傳導温度,成功地用硼酸鹽作為電解質,且從室温到250攝氏度沒有安全問題。該項目負責人Radovan Cerny表示,更重要的是,它們抵抗更高的電位差,這意味着電池可以存儲更多的能量。”

研究人員強調,該論文提供了可以用來產生和破壞硼酸鹽結構的案例。硼酸鹽的結構允許硼球和帶負電荷的氫出現。這些球形空間為帶正電荷的鈉離子留下了足夠的空間。“然而,由於負電荷和正電荷相互吸引,我們需要在結構中製造混亂來擾亂硼酸鹽並允許鈉移動。”Brighi説。

編輯: 曾子芮 責任編輯: 孫紅亮

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