中國(guó)粉體網(wǎng)訊 據(jù)外媒報(bào)道,瑞士聯(lián)邦材料測(cè)試與開(kāi)發(fā)研究所(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology,EMPA)與瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)(University of Geneva,UNIGE)的研究人員設(shè)計(jì)了新款全固態(tài)(all-solid-state)電池樣品,該款電池能夠存儲(chǔ)更多的電能,同時(shí)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(jià)替代品。
電池的正常工作與以下三個(gè)部件密切相關(guān):陽(yáng)極(負(fù)極)、陰極(正極)及電解質(zhì)(electrolyte)。 當(dāng)今電子設(shè)備所采用的電池均為鋰離子電池。當(dāng)電池放電時(shí),鋰離子將從陰極流向陽(yáng)極。
盡管鋰金屬分量極輕,可提升電池的儲(chǔ)能,但為防止形成鋰樹突(鋰枝晶,lithium dendrites),從而導(dǎo)致電池短路乃至造成電池起火,商用電池陽(yáng)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(diǎn)上,旨在應(yīng)對(duì)新興市場(chǎng)高企的需求并進(jìn)一步提升電池的性能:提升充電速度、儲(chǔ)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(yáng)極,在提升儲(chǔ)能的同時(shí)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(xué)理學(xué)院(UNIGE’s Faculty of Sciences)物理化學(xué)專業(yè)的Hans Hagemann教授解釋道:“但目前還務(wù)必要找到一款適合的固態(tài)離子導(dǎo)體,且確保該材質(zhì)無(wú)毒、化學(xué)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(dòng)!
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(dòng)。此外,由于該物質(zhì)是無(wú)機(jī)導(dǎo)體,避免了充電起火的風(fēng)險(xiǎn)。換言之,該材料的特性頗具前景。
EMPA能量轉(zhuǎn)換材料實(shí)驗(yàn)室(Materials for Energy Conversion Laboratory)研究員兼UNIGE理學(xué)院博士生Léo Duchêne表示:“難點(diǎn)在于要建立電池三大層級(jí)(固態(tài)鈉金屬構(gòu)成的陽(yáng)極、亞鉻酸鈉(NaCrO2)構(gòu)成的陰極、閉合型硼構(gòu)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(dāng)溶劑蒸發(fā)后,將陰極、電解質(zhì)及陽(yáng)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(jī)構(gòu)的人員隨后對(duì)該款電池進(jìn)行了測(cè)試。EMPA研究人員兼該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Arndt Remhof表示:“團(tuán)隊(duì)所采用的電解質(zhì)的電化學(xué)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(cè)試的固態(tài)電池會(huì)損壞!痹撗芯宽(xiàng)目由瑞士國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(Swiss National Science Foundation,SNSF)及瑞士熱電儲(chǔ)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(bǔ)充道:“目前已進(jìn)行了250多次的電池充放電試驗(yàn),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(chǎng)的話,還需要再進(jìn)行1200次充放電試驗(yàn)。此外,我們還需要在室溫下測(cè)試該款電池,從而確認(rèn)是否有樹突生成,并調(diào)高電壓進(jìn)行測(cè)試。目前,各項(xiàng)試驗(yàn)均在進(jìn)行中。”