瑞士研發(fā)全固態(tài)鈉電池 新材料避免起火風(fēng)險(xiǎn)
時(shí)間:2017-11-28 11:05來(lái)源:蓋世汽車 作者:李文龍
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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(shù)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(shù)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。”該研究項(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(shù)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。”（本文圖片選自日內(nèi)瓦大學(xué)官網(wǎng)及greencarcongress.com）
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