研究人员开发无负极钠离子电池 外形更小/成本更低

据国外媒体报道，圣路易斯华盛顿大学白鹏实验室开发出了一种高效稳定的无负极钠离子电池。白鹏是能源、环境和化学工程系的助理教授。与传统的锂离子电池相比，这种电池体积更小，价格更低。

(图片来源:WUSTL)传统的锂离子电池由正极和负极组成，两者都可以存储锂离子；两个电极之间设有隔板；离子在电解质中移动。当锂离子从负极流向正极时，自由电子通过集流体流向需要供电的设备，而锂离子则通过隔膜流向正极。这个充电过程是可逆的，锂离子也会通过隔膜从正极到达负极。用钠离子代替锂离子，取消负极的概念并不新鲜。然而，研究人员表示，这种没有负极的电池总是很快失效，或者容量很低，或者集流体需要特殊处理。由于枝晶生长，无负电极电池通常不稳定。过去，这被归因于碱金属，即负电极电池中的金属钠的反应性。在新的电池设计中，负极侧只有一层铜箔作为集流体，即电池中没有活性负极材料。钠离子不会流向负极，而是转化为金属，直到返回正极。首先，它们将自己镀在铜箔上，当它们需要返回正极时，它们再次溶解。研究员袁兵·马说:“根据我们的观察，电池中没有形成枝晶。此外，钠离子沉积物是光滑的和金属的。关于这种碱金属，我们从未观察到这种生长模式。”研究人员开发了一种独特的透明微管电池，可以从新的角度观察电池。传统上，必须打开电池来检测问题。但是，这种事后观察效果有限。白说:“电池的不稳定性是在运行过程中积累起来的。真正重要的是动态过程中的不稳定因素，但没有办法去定性。”通过观察透明负极微管电池，“我们可以清楚地看到，如果电解液控制不好，你会发现各种不稳定因素。”包括枝晶的形成。本质上，它归结为电解质中有多少水。碱金属能与水反应。研究小组试图减少水的含量。在观察电池运行时，研究人员发现了光滑闪亮的钠沉积物。正是材料的光滑度消除了枝晶形成的可能性。白说:“我们对微管电池进行了测试，发现电解液的干燥过程更长。每个人都在谈论电池中的含水量，但在以往的研究中，人们通常认为水量只是一个需要关注的统计数据。其实这才是关键。”水分含量必须少于百万分之十。只有认识到这一点，才制造出微管电池，而且是工作电池。在性能方面，这种电池类似于标准的锂离子电池，但由于没有负极，所以占用的空间要小得多。“研究人员表示，电动汽车四分之一的成本来自电池。钠离子电池的能量密度与锂离子电池相当，但它使用的是一种比锂更常见的金属，而且因为没有负极，所以比现在的锂离子电池更小更便宜。据国外媒体报道，圣路易斯华盛顿大学白鹏实验室开发出了一种高效稳定的无负极钠离子电池。白鹏是能源、环境和化学工程系的助理教授。与传统的锂离子电池相比，这种电池体积更小，价格更低。

(图片来源:WUSTL)传统的锂离子电池由正极和负极组成，两者都可以存储锂离子；两个电极之间设有隔板；离子在电解质中移动。当锂离子从负极流向正极时，自由电子通过集流体流向需要供电的设备，而锂离子则通过隔膜流向正极。这个充电过程是可逆的，锂离子也会通过隔膜从正极到达负极。用钠离子代替锂离子，取消负极的概念并不新鲜。然而，研究人员表示，这种没有负极的电池总是很快失效，或者容量很低，或者集流体需要特殊处理。由于枝晶生长，无负电极电池通常不稳定。过去，这被归因于碱金属，即负电极电池中的金属钠的反应性。在新的电池设计中，负极侧只有一层铜箔作为集流体，即电池中没有活性负极材料。钠离子不会流向负极，而是转化为金属，直到返回正极。首先，它们将自己镀在铜箔上，当它们需要返回正极时，它们再次溶解。研究员袁兵·马说:“根据我们的观察，电池中没有形成枝晶。此外，钠离子沉积物是光滑的和金属的。关于这种碱金属，我们从未观察到这种生长模式。”研究人员开发了一种独特的透明微管电池，可以从新的角度观察电池。传统上，必须打开电池来检测问题。但是，这种事后观察效果有限。白说:“电池的不稳定性是在运行过程中积累起来的。真正重要的是动态过程中的不稳定因素，但没有办法去定性。”通过观察透明负极微管电池，“我们可以清楚地看到，如果电解液控制不好，你会发现各种不稳定因素。”包括枝晶的形成。本质上，它归结为电解质中有多少水。碱金属能与水反应。研究小组试图减少水的含量。在观察电池运行时，研究人员发现了光滑闪亮的钠沉积物。正是材料的光滑度消除了枝晶形成的可能性。白说:“我们对微管电池进行了测试，发现电解液的干燥过程更长。每个人都在谈论电池中的含水量，但在以往的研究中，人们通常认为水量只是一个需要关注的统计数据。其实这才是关键。”水分含量必须少于百万分之十。只有认识到这一点，才制造出微管电池，而且是工作电池。在性能方面，这种电池类似于标准的锂离子电池，但由于没有负极，所以占用的空间要小得多。“研究人员表示，电动汽车四分之一的成本来自电池。钠离子电池的能量密度与锂离子电池相当，但它使用的是一种比锂更常见的金属，而且因为没有负极，所以比现在的锂离子电池更小更便宜。

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