無陽極鈉固態(tài)電池面世

美國科學(xué)家最新研制出全球首個無陽極鈉固態(tài)電池。這一成果有助開發(fā)出廉價且能快速充電的大容量電池，以用于電動汽車和電網(wǎng)。相關(guān)研究論文發(fā)表于最新一期《自然·能源》雜志。

鋰基電池已成為電動汽車和移動設(shè)備的標(biāo)配，但其性能受到多方面因素制約。首先，鋰在地殼中的儲量有限。另外，鋰離子電池需求激增，導(dǎo)致鋰的價格不斷攀升。而鈉在地殼中的儲量約為鋰的1000倍，同時也是一種更環(huán)保的電池材料。

傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)包括一個陰極和一個陽極。在充電過程中，陽極儲存離子。在放電過程中，離子從陽極通過電解質(zhì)流到集電器，為設(shè)備和汽車供電。而在無陽極電池中，離子直接在集電器表面通過堿金屬的電化學(xué)沉積來存儲。這種方法不僅提高了電池的電壓和能量密度，還降低了成本，但也會帶來新挑戰(zhàn)。

論文第一作者、美國加州大學(xué)圣迭戈分校格雷森·戴伊謝爾解釋稱，在無陽極電池中，電解質(zhì)和集電器之間需要保持良好的接觸。使用液體電解質(zhì)容易做到這一點(diǎn)，因為液體能四處流動，而固體電解質(zhì)無法做到。但液體電解質(zhì)在消耗活性材料的同時，會產(chǎn)生固體電解質(zhì)界面堆積物，導(dǎo)致電池性能降低。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊另辟蹊徑，開發(fā)出一種新型鈉電池架構(gòu):他們采用了具有類似液體流動性的固體鋁粉來構(gòu)建集電器。在電池組裝過程中，鋁粉在高壓下變得致密，形成固體集電器，同時與電解質(zhì)保持類似液體的接觸，實現(xiàn)了低成本、高效率的充放電循環(huán)。

研究團(tuán)隊認(rèn)為，新研制出來的鈉電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可循環(huán)數(shù)百次。去除陽極并用鈉代替鋰，使新型電池的生產(chǎn)過程變得更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。創(chuàng)新性的固態(tài)設(shè)計也提高了電池的安全性。