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瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险

导读: 据外媒报道,瑞士联邦材料测试与开发研究所与瑞士日内瓦大学的研究人员设计了新款全固态(all-solid-state)电池样品,该款电池能够存储更多的电能,同时确保电池的安全性及可靠性。

瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险

据外媒报道,瑞士联邦材料测试与开发研究所(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology,EMPA)与瑞士日内瓦大学(University of Geneva,UNIGE)的研究人员设计了新款全固态(all-solid-state)电池样品,该款电池能够存储更多的电能,同时确保电池的安全性及可靠性。此外,该款电池采用钠材料,作为锂的廉价替代品。

电池的正常工作与以下三个部件密切相关:阳极(负极)、阴极(正极)及电解质(electrolyte)。 当今电子设备所采用的电池均为锂离子电池。当电池放电时,锂离子将从阴极流向阳极。

尽管锂金属分量极轻,可提升电池的储能,但为防止形成锂树突(锂枝晶,lithium dendrites),从而导致电池短路乃至造成电池起火,商用电池阳极通常采用石墨而非锂金属。

为此,研究人员将重心放到了“固态”电池的优点上,旨在应对新兴市场高企的需求并进一步提升电池的性能:提升充电速度、储能并提高电池的安全性。新款电池采用了固态电解质,为防止树突的形成,采用了金属阳极,在提升储能的同时确保了电池的安全性。

不易燃的固态钠电池(solid sodium battery)

瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险

日内瓦大学理学院(UNIGE’s Faculty of Sciences)物理化学专业的Hans Hagemann教授解释道:“但目前还务必要找到一款适合的固态离子导体,且确保该材质无毒、化学及热能性质稳定,使钠离子能够自由地在电池的两极之间移动。”

研究人员研发了一款硼基物质——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5,这是一种闭合型的硼,使钠离子能够自由流动。此外,由于该物质是无机导体,避免了充电起火的风险。换言之,该材料的特性颇具前景。

EMPA能量转换材料实验室(Materials for Energy Conversion Laboratory)研究员兼UNIGE理学院博士生Léo Duchêne表示:“难点在于要建立电池三大层级(固态钠金属构成的阳极、亚铬酸钠(NaCrO2)构成的阴极、闭合型硼构成的电解质)间的紧密联系。”

研究人员将部分电解质溶解于溶剂中,然后加入了亚铬酸钠(NaCrO2)粉末。当溶剂蒸发后,将阴极、电解质及阳极堆叠后,将各层压紧后形成该款固态钠电池。

两家研究机构的人员随后对该款电池进行了测试。EMPA研究人员兼该项目负责人Arndt Remhof表示:“团队所采用的电解质的电化学性能稳定,可耐受3V电压,这是鉴于在同等电压下,许多早前测试的固态电池会损坏。”该研究项目由瑞士国家科学基金会(Swiss National Science Foundation,SNSF)及瑞士热电储能能源研究中心(Swiss Competence Centre for Energy Research on Heat and Electricity Storage,SCCER-HaE)。

研究人员补充道:“目前已进行了250多次的电池充放电试验,目前的电池容量为早前的85%,且电池功能正常。但如果要投放市场的话,还需要再进行1200次充放电试验。此外,我们还需要在室温下测试该款电池,从而确认是否有树突生成,并调高电压进行测试。目前,各项试验均在进行中。”(本文图片选自日内瓦大学官网及greencarcongress.com)

作者:李文龙

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