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    提高鈉離子電池性能的一種解決方案

    放大字體  縮小字體 發布日期:2022-08-12
     
    在一種實驗性的鈉離子電池技術中,一小瓶清澈的鈉離子電解質提供了保持離子和能量流動的循環“血液”。

    能源部(DOE)的研究人員已經取得了重大突破,他們認為這或許是鈉離子電池可以成為鋰離子電池可行替代品的解決方案。

    能源部西北太平洋國家實驗室PNNL)調整了鈉基存儲設備液體核心的成分,以極大地延長了使用壽命,并解決到目前為止一直困擾他們的性能問題。

    其中一位首席研究人員Jiguang Zhang表示:“在這里,我們原則上表明,鈉離子電池有潛力成為一種持久、環保的電池技術。”相關論文發表在《Nature Energy》雜志上。

    科學人員一直以來都將鈉離子電池視為未來取代鋰離子電池的最佳選擇,原因有一下幾點。鈉的豐度,遠比鋰要便宜、更容易獲得、更合乎道德的開采,而鋰是一種昂貴且有限的資源,在世界不發達地區以剝削的方式提取。

    研究人員表示,鈉離子電池還可能在任何給定重量和體積下保持高容量的能量,而鋰離子電池會隨著能量密度的增加而變得更重,使得鈉離子電池取代鋰離子電池變得更具有吸引力。

    電池的穩定性

    具體來說,PNNL團隊使用電池的液體電解質,該電解質通過將鹽溶解在溶劑中形成。電解液是電池的一部分,其中帶電離子在正極和負極之間流動。隨著時間的推移,任何電池都會變得遲鈍,這限制了設備可以再充電的次數,并且仍然保持充電狀態,從而實現最佳功能。

    鈉離子電池的一個主要缺點是,電荷衰減比鋰離子電池快,這將阻礙其作為鋰離子電池商業替代品的可行性。

    在科學家Yan JinPhung Le的帶領下,PNNL團隊通過創造一種新的電解液配方來解決這個問題,將液體溶液和流經電池的鹽類型切換,以解決設備這部分通常會出現的一個關鍵問題。

    目前用于鈉離子電池的電解液往往會溶解裝置中陽極或負極上的保護膜。保護膜是電池中的關鍵部分,因為保護膜可以允許鈉離子通過陽極的同時維持電池壽命。

    為了解決該問題,研究人員穩定了陽極的保護膜,同時在陰極(正極)添加超薄保護層。根據研究人員的報道,他們對該裝置的改進使電池整體更加穩定,在實驗測試中,在4.2V電壓下300次循環后,電池可以保持90%的電池容量。

    雖然鈉離子電池比之前研發的鈉離子電池性能都要高,但還不能與鋰離子電池相提并論。然而研究人員表示,這是迄今為止在推進鈉基電池設計方面最有希望的工作之一。

    高電壓性能

    PNNL團隊研發的電池也展示了在高電壓狀態下運行的能力方面比目前的鋰離子電池設計有所提高,而高電壓下的運行能力一直是后者的難題。事實上,鋰離子設計在能量密度過高時會發生短路甚至火災,這也是科學家們尋找替代它們的關鍵原因之一。

    研究人員表示,另一方面,新型鈉基電池使用了一種自然滅火溶液,不受溫度變化的影響,并且可以在高壓狀態下工作。在陽極上形成的超薄層是關鍵,提供了整體器件穩定性。

    研究人員表示,他們還測量了陰極氣體蒸汽的產生量,并發現產生的量是極小的。這將可以為科學家開發用于高溫工作的鈉離子電池穩定電解質提供了新的思路。

    PNNL團隊的目標是通過改進目前的電池設計,并與其他公司進行試驗,以減少并可能消除電池中通常使用的其他問題材料的使用,繼續其工作。他們說,其中一種是鈷,如果不回收或回收,鈷是有毒的,價格昂貴。

     

    中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯

    2022.8.9

     
    關于我們:中國化學與物理電源行業協會(China Industrial Association of Power Sources,縮寫:CIAPS) 是由電池行業企(事)業單位自愿組成的全國性、行業性、非營利性的社會組織。協會成立于1989年12月,現有530多家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會和電池隔膜分會等十個分支機構。
    本會專業范圍包括:鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發電器及其他各種新型電池、電池系統解決方案,以及各類電池用原材料、零配件、生產設備、測試儀器和電池管理系統等。

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