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研究人员开发无负极钠离子电池 外形更小/成本更低

  据国外媒体报道,美国圣路易斯华盛顿大学彭白实验室日前研制出高效稳定的无负钠离子电池。彭白,能源、环境与化学工程系助理教授。与传统的锂离子电池相比,这种电池体积小,价格便宜,传统的锂离子电池由正负极组成,正负极都能储存锂离子;两个电极之间有隔板;离子在电解液中运动。当锂离子从负极流向正极时,自由电子通过集电器流向电源设备,而锂离子通过分离器流向正极。充电过程是可逆的,锂离子也会从正极经过隔板传递到负极

  用钠离子代替锂离子,废除负极的概念并不新鲜。但研究人员表示,没有负极的电池总是故障很快,或者容量很低,或者需要对集电器进行特殊处理。由于枝晶生长,无极负极电池往往非常不稳定。过去,这是由于碱金属(即金属钠)在非负极电池中的反应性造成的。在新的电池设计中,只有一层铜箔用作负极侧的集电器,即电池中没有活性负极材料。钠离子没有流向负极,而是转化为金属,直到它们回到正极。首先,它们将自己镀在铜箔上,当它们需要回到正极时,它们会再次溶解。”根据我们的观察,电池中没有树枝晶形成,”研究员马炳元说。钠离子沉积层光滑,有金属光泽。我们从未观察到这种碱金属的这种生长模式,研究人员已经开发出独特的透明微管电池,可以从一个新的角度来看待它。传统上,必须打开电池才能检测问题。然而,这种迟发性观察的效果是有限的。”电池的不稳定性是在运行过程中积累的。真正重要的是动态过程中的不稳定因素,但无法对其进行定性。”通过观察没有负电极的透明微管细胞,“我们可以清楚地看到,如果电解质没有得到很好的控制,你会发现各种不稳定因素。”包括树突的形成,本质上,它归结为电解质中有多少水。碱金属能与水反应。这个小组试图减少水的含量。在观察电池运行的同时,研究人员发现了光滑闪亮的钠沉积。正是材料的光滑性消除了枝晶形成的可能性。”我们测试了微管细胞,发现电解质的干燥过程更长。每个人都在谈论电池的含水量,但在以往的研究中,人们通常认为含水量只是一个需要关注的统计数据。事实上,这是关键
  “水含量必须低于百万分之十。正是这种认识导致了微管电池和工作电池的生产。从性能上看,这种电池类似于标准的锂离子电池,但由于没有负极,占用的空间要小得多。”研究人员说,电动汽车四分之一的成本来自电池。钠离子电池的能量密度与锂离子电池相似,但它使用的普通金属比锂多,而且由于没有负极,所以比现在的锂离子电池体积更小、价格更低。