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科学家发现:钠电池容量下降的原因在于意外存在的氢

科学家发现:钠电池容量下降的原因在于意外存在的氢

(图源:UCSB官网)

在日常生活中,我们的手机、笔记本电脑、混合动力汽车和电动汽车都离不开电池,电池为我们提供动力。现在,市面上最常用的是锂离子电池,然而,用量增加可能导致锂短缺,提升生产成本。作为潜在的替代品,钠离子电池越来越受到关注。这种电池的性能好,而且钠金属价格低、储量丰富,但是,钠离子电池比锂离子电池的使用寿命短。据外媒报道,加州大学圣巴巴拉分校计算材料科学家Chris Van de Walle等人发现,钠电池容量下降的原因在于:电池中意外存在的氢导致电池的电极退化。

“在正极材料的制造过程中,通常会产生氢,从周边环境或电解质中也能吸收氢,”研究人员表示,“众所周知,氢会强烈影响电子材料的性能,而二氧化锰钠(NaMnO2)是钠离子电池中的一种常见正极材料,我们很好奇氢对NaMnO2能产生何种影响。”为了研究这一问题,研究人员利用计算技术,来预测杂质的存在对物质结构的影响和所产生的化学效应。”

堪萨斯大学的Peelaers教授表示,关键发现在于:“我们很快意识到,氢很容易穿透材料,使锰原子从连接材料的锰氧化物骨架中释放出来。而且,锰的去除是不可逆的,这会使电池容量下降,最终导致电池退化。”

这些研究是在加州大学圣巴巴拉分校 Van De Walle的计算材料小组进行的。Van de Walle说:”早期研究显示,锰的流失可能发生在电解质的界面上,也可能与相变有关,但真正的触发因素并末确定。新研究结果表明,只要有氢,在材料中的任何地方都可以发生锰的流失。由于氢原子体积小,反应性强,氢是材料中常见的污染物。现在,它的有害影响已经被标记出来,我们可以在电池的制造和封装过程中,采取措施阻止氢的渗入,从而改善电池性能。”

事实上,研究人员怀疑,即便是常见的锂离子电池,也可能受到意外存在的氢元素的不良影响。锂离子电池出现的问题之所以较少,到底是由于制备方法比较成熟,还是因为锂电池具有更强的耐氢性,目前具体原因尚不清楚,这将是未来的一个研究领域。

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