瑞士研發(fā)全固態(tài)鈉電池 新材料避免起火風險

時間:2017-11-28 11:05來源:蓋世汽車 作者:李文龍
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　　據(jù)外媒報道，瑞士聯(lián)邦材料測試與開發(fā)研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology，EMPA）與瑞士日內(nèi)瓦大學（University of Geneva，UNIGE）的研究人員設計了新款全固態(tài)（all-solid-state）電池樣品，該款電池能夠存儲更多的電能，同時確保電池的安全性及可靠性。此外，該款電池采用鈉材料，作為鋰的廉價替代品。

 
　　電池的正常工作與以下三個部件密切相關：陽極（負極）、陰極（正極）及電解質(zhì)（electrolyte）。當今電子設備所采用的電池均為鋰離子電池。當電池放電時，鋰離子將從陰極流向陽極。
 
　　盡管鋰金屬分量極輕，可提升電池的儲能，但為防止形成鋰樹突（鋰枝晶，lithium dendrites），從而導致電池短路乃至造成電池起火，商用電池陽極通常采用石墨而非鋰金屬。
 
　　為此，研究人員將重心放到了“固態(tài)”電池的優(yōu)點上，旨在應對新興市場高企的需求并進一步提升電池的性能：提升充電速度、儲能并提高電池的安全性。新款電池采用了固態(tài)電解質(zhì)，為防止樹突的形成，采用了金屬陽極，在提升儲能的同時確保了電池的安全性。
 
　　不易燃的固態(tài)鈉電池（solid sodium battery）
 
　　日內(nèi)瓦大學理學院（UNIGE’s Faculty of Sciences）物理化學專業(yè)的Hans Hagemann教授解釋道：“但目前還務必要找到一款適合的固態(tài)離子導體，且確保該材質(zhì)無毒、化學及熱能性質(zhì)穩(wěn)定，使鈉離子能夠自由地在電池的兩極之間移動。”
 
　　研究人員研發(fā)了一款硼基物質(zhì)——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5，這是一種閉合型的硼，使鈉離子能夠自由流動。此外，由于該物質(zhì)是無機導體，避免了充電起火的風險。換言之，該材料的特性頗具前景。
 
　　EMPA能量轉(zhuǎn)換材料實驗室（Materials for Energy Conversion Laboratory）研究員兼UNIGE理學院博士生Léo Duchêne表示：“難點在于要建立電池三大層級（固態(tài)鈉金屬構成的陽極、亞鉻酸鈉（NaCrO2）構成的陰極、閉合型硼構成的電解質(zhì)）間的緊密聯(lián)系。”
 
　　研究人員將部分電解質(zhì)溶解于溶劑中，然后加入了亞鉻酸鈉（NaCrO2）粉末。當溶劑蒸發(fā)后，將陰極、電解質(zhì)及陽極堆疊后，將各層壓緊后形成該款固態(tài)鈉電池。
 
　　兩家研究機構的人員隨后對該款電池進行了測試。EMPA研究人員兼該項目負責人Arndt Remhof表示：“團隊所采用的電解質(zhì)的電化學性能穩(wěn)定，可耐受3V電壓，這是鑒于在同等電壓下，許多早前測試的固態(tài)電池會損壞。”該研究項目由瑞士國家科學基金會（Swiss National Science Foundation，SNSF）及瑞士熱電儲能能源研究中心（Swiss Competence Centre for Energy Research on Heat and Electricity Storage，SCCER-HaE）。
 
　　研究人員補充道：“目前已進行了250多次的電池充放電試驗，目前的電池容量為早前的85%，且電池功能正常。但如果要投放市場的話，還需要再進行1200次充放電試驗。此外，我們還需要在室溫下測試該款電池，從而確認是否有樹突生成，并調(diào)高電壓進行測試。目前，各項試驗均在進行中。”（本文圖片選自日內(nèi)瓦大學官網(wǎng)及greencarcongress.com）
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