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更安全、更环保的固体电解质电池

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-04-26

 

日内瓦大学(UNIGE)的一组研究人员研发固态电解质,可以使离子在钠离子电池内更高效地移动。

研究人员将通过改变已知材料增强其导电性来解决钠基设备的关键挑战。

在电池化学内用钠代替锂元素是科学家们的一直以来关注的解决方案之一,以试图解决在未来维持储能设备生产的挑战。

然而,要想在效率和其他性能因素方面与目前的锂离子电池媲美,钠电池仍然面临着必须解决的挑战。其中一个挑战是钠离子不能顺利通过锂离子电池常用的液体电解液。

日内瓦大学(UNIGE)的研究人员想到一个有效解决问题的方案,为钠基电池研发一种新型固态电解质,这种电解质可以使钠离子更简单的移动,以制造出更有效且具有潜力的电池。

由日内瓦大学教授Radovan Cerny带领的团队通过改变碳、硼和氢组成的材料的晶体结构,这种材料被称为氢化硼碳,为钠电池创造了一种可行的电解质,使离子可以更有效的移动。该研究团队测试了电解质,确定了电池以最佳方式运行所需的压力。

锂的问题

锂离子电池已经成为电池的标准,但在未来的设计中,锂电池仍旧面临一些挑战。最重要的一点是,锂是一种有限的自然资源。

锂离子电池的液体电解液有时会从电池中泄漏出来,容易引起火灾或爆炸等危险情况发生。

然而,钠元素更容易获得、更丰富,也更容易回收,钠在未来电池化学中成为锂的代替是一个很好的候选选项。而且,钠也比锂更加安全。

然而,研发钠基电池对于科研家而言是一个全新的生产过程,日内瓦大学理学院结晶学实验室Fabrizio Murgia教授在新闻声明中解释“研究人员不愿意使用不熟悉的技术。”

研究人员已经提出了用钠代替锂的设计方案,并取得了不同程度上的成功。日内瓦大学的研究人员研发一种新型固态电解质,氢化硼酸盐,它是硼和氢的组合,但结构有所改变。

Cerny解释,研究人员调整了碳氢化硼酸钠的结构,(sodium carbo-hydridoborate的结构,使其可以导电,有效地传输钠离子。

Cerny表示,为了达到这一目的,研究团队在球磨机内对化合物进行高冲击,产生高温。这是一种节能方法,研究小组借鉴了水泥行业的方法,该行业广泛使用这种方法。

研究人员在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志中发表了该项目的论文。

测试电解质

研究人员测试了钠基电池中的新型固态电解质,确定了电解质在电池中的位置,从而可以使其能够在与电池正负电极(即阳极和阴极)接触的同时牢固地保持在原位。

为了实现这一目标,需要使用螺钉或弹簧施加适当的压力,研究人员对此加以说明。该团队对原型电池进行试验,发现理想的压力应该在400大气压左右,相当于水下4,000米深处的压力。他们说,只需转动几圈螺丝就能施加这种最佳压力。

发表在《Advanced Materials Interfaces》上的另一篇论文详细描述了该研究团队在这方面的工作。

Murgia说,该团队的两项发现为钠离子电池的大规模生产铺平道路,从而为行业采用制定一条更简单的道路。

Murgia在新闻声明中说:“由于这些电池的重量稍微重了一些,它们可以用于为汽车提供动力,制造电池的成本也有待评估,现在重要的是,行业意识到我们发现的材料是非常有意义的。”

 

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2022.4.25

 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有530多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
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