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日内瓦大学开发新材料 提高固态钠电池的性能

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时间:1900/1/1 0:00:00

电池技术的未来在于钠。目前,大多数设备和车辆都采用锂电池供电。相比之下,钠比锂更具有可持续性,在地壳中的储量也很丰富。唯一的问题是这种离子在传统电池的液体电解液中不易移动,导致其效率低于锂。解决办法在于开发一种固体电解质。据国外媒体报道,UNIGE的研究团队通过改变由碳、硼和氢(碳硼酸盐)组成的材料的晶体结构,成功应对了这一挑战。该团队还确定了可以施加到电池上使其有效运行的理想压力。

discovery

(来源:日内瓦大学)

锂离子电池在20世纪90年代初进入市场,现在为大多数电子设备和电动汽车提供动力。然而,这种电池有两个主要缺点。首先,液体电解质具有高度易燃性,一旦泄漏会与氧气发生剧烈反应,对使用者造成极大伤害。此外,全球锂矿分布不均,锂供应也存在一些问题。

另一种选择是钠电池。这种化学元素在地球和海洋中含量丰富,比锂成本更低,更容易回收。但是,这种电池并没有得到广泛应用。UNIGE科学研究所晶体学实验室的研究员Fabrizio Murgia说:“这种电池使用了与锂电池不同的生产技术。该行业仍然不愿意采用这种不熟悉的技术。”

目前领先的高效材料。

因为钠比锂重,所以它的离子在液体电解质中不易移动。解决办法是设计一种不可燃的固体电解质。然而,迄今为止开发的由氢硼化物(硼和氢)组成的电解液还达不到锂电池的性能。最近,日内瓦大学晶体学实验室进行了两项研究,成功解决了这个问题。

在第一项研究中,研究人员开发了一种高效材料——nacb 11h 12。实验室负责人拉多万·塞尔尼教授说:“这种用于核医学的材料最初是不导电的。通过改变其晶体结构,更精确地改变原子的空间排列,可以成功地使其导电。这使得它成为目前运输钠离子最有效的方式。”为了达到这一结果,研究小组对球磨机中的化合物进行了高冲击,产生了高温。这是水泥行业广泛使用的节能方法。

第二个研究项目是将这种材料放入实际环境中。为了使电池工作,电解液(无论是液体还是固体)必须牢牢地装在电池中,使其与电池的正负极紧密接触。该实验室的前博士后学者马特奥·布里吉解释说:“为了实现这一目标,可以通过螺钉或弹簧施加压力。研究人员正在寻找可以应用于固体电解质的理想‘力’。”结果表明,这大约是400个大气压(相当于4000米深处的水下压力),用几个螺丝就能轻松实现。

这些发现为钠电池的简易生产铺平了道路,尤其是在汽车行业。Fabrizio Murgia总结道:“这些电池略重,可主要用于为汽车提供动力,其制造成本效益还有待评估。现在,让行业意识到这种新发现的材料真的很有趣很重要。”电池技术的未来在于钠。目前,大多数设备和车辆都采用锂电池供电。相比之下,钠比锂更具有可持续性,在地壳中的储量也很丰富。唯一的问题是这种离子在传统电池的液体电解液中不易移动,导致其效率低于锂。解决办法在于开发一种固体电解质。据国外媒体报道,UNIGE的研究团队通过改变由碳、硼和氢(碳硼酸盐)组成的材料的晶体结构,成功应对了这一挑战。该团队还确定了可以施加到电池上使其有效运行的理想压力。

discovery

(来源:日内瓦大学)

锂离子电池于19世纪初进入市场……现在为大多数电子设备和电动汽车提供电力。然而,这种电池有两个主要缺点。首先,液体电解质具有高度易燃性,一旦泄漏会与氧气发生剧烈反应,对使用者造成极大伤害。此外,全球锂矿分布不均,锂供应也存在一些问题。

另一种选择是钠电池。这种化学元素在地球和海洋中含量丰富,比锂成本更低,更容易回收。但是,这种电池并没有得到广泛应用。UNIGE科学研究所晶体学实验室的研究员Fabrizio Murgia说:“这种电池使用了与锂电池不同的生产技术。该行业仍然不愿意采用这种不熟悉的技术。”

目前领先的高效材料。

因为钠比锂重,所以它的离子在液体电解质中不易移动。解决办法是设计一种不可燃的固体电解质。然而,迄今为止开发的由氢硼化物(硼和氢)组成的电解液还达不到锂电池的性能。最近,日内瓦大学晶体学实验室进行了两项研究,成功解决了这个问题。

在第一项研究中,研究人员开发了一种高效材料——nacb 11h 12。实验室负责人拉多万·塞尔尼教授说:“这种用于核医学的材料最初是不导电的。通过改变其晶体结构,更精确地改变原子的空间排列,可以成功地使其导电。这使得它成为目前运输钠离子最有效的方式。”为了达到这一结果,研究小组对球磨机中的化合物进行了高冲击,产生了高温。这是水泥行业广泛使用的节能方法。

第二个研究项目是将这种材料放入实际环境中。为了使电池工作,电解液(无论是液体还是固体)必须牢牢地装在电池中,使其与电池的正负极紧密接触。该实验室的前博士后学者马特奥·布里吉解释说:“为了实现这一目标,可以通过螺钉或弹簧施加压力。研究人员正在寻找可以应用于固体电解质的理想‘力’。”结果表明,这大约是400个大气压(相当于4000米深处的水下压力),用几个螺丝就能轻松实现。

这些发现为钠电池的简易生产铺平了道路,尤其是在汽车行业。Fabrizio Murgia总结道:“这些电池略重,可主要用于为汽车提供动力,其制造成本效益还有待评估。现在,让行业意识到这种新发现的材料真的很有趣很重要。”

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