阳极没了!美国科学家研发新型钠电池 成本体积均优于传统锂电池

2021-05-07 15:05:11 科创板日报

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,在不断寻找新型电池材料的过程中,钠可以作为一种廉价和广泛的选择,但要让这些实验性的设计达到预期目标远不是一项简单的工作。

美国圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St Louis)的一项新设计展示了一条很有前途的发展道路,通过使用一层薄薄的铜来充当其中一个电极的角色,可以在不影响性能的前提下,制造出体积更小、成本更低的电池。

典型的锂离子电池有两个电极,称为阴极阳极。当设备充放电时,它们将电解质溶液中的离子传递给对方。一段时间以来,科学家们一直在探索金属钠如何取代锂,以及如何能够在没有阳极组件的情况下完成充放电,并已取得了一些有前景的进展,

“我们使用的是老的化学方法,”领导这项研究的Peng Bai表示,“但问题是,用众所周知的化学反应,从来没有人能证明这种无阳极电池可以有合理的寿命。它们总是很快失效,或者容量很低,或者需要对电流收集器进行特殊处理。”

Peng Bai教授和他的团队认为,他们已经找到了解决这些缺点的办法,即去掉阳极,用一层薄薄的铜箔代替。它位于电池电流收集器的阳极侧,在电池放电时收集自由电子,并将它们引导到被供电的设备中。

当这个实验电池充电时,离子不再从阴极通过分离器材料进入阳极,而是将自己镀在铜箔上,变成光亮的金属。然后,当电池放电时,材料会溶解,离子返回到阴极。

科学家们能够通过一个特制的透明设备实时观察电池性能,这使他们能够发现不稳定性和致命的枝晶形成,这会导致电池短路和失效。这使得研究小组能够做出调整,比如减少电解质中的水分含量,以限制与碱金属钠的反应,这种反应通常会导致枝晶。

“电池的所有不稳定性都是在工作过程中不断积累的,”Bai补充说,“真正重要的是动态过程中的不稳定性,而没有任何方法来表征这一点。我们可以清楚地看到,如果你没有很好地控制电解液的质量,你会看到各种不稳定性。”

在解决了他们的透明电池中的这些问题后,研究人员能够建立一个适合的无阳极钠电池的工作版本。尽管由于使用了钠,成本更低,而且去掉了阳极,体积也更小,但他们报告说,该装置的性能与传统的锂离子电池相似。

“我们发现,最小的就是最大的,”Bai指出,“没有阳极就是最好的阳极。”

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