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新“夢想電池”300次充放電保持穩(wěn)定

來源： 科技日報   日期：2021-12-10  責編： 殷緒江  
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   美國科學家在最新一期《美國化學學會雜志》上發(fā)表論文稱，他們研制出一種新式鈉硫電池，解決了同類電池普遍面臨的枝晶等問題，使電池壽命更長——歷經300次充放電仍然性能穩(wěn)定。最新研究是鈉硫電池商業(yè)化道路上的一個重要里程碑，這種電池未來有望取代現(xiàn)在廣泛使用的鋰電池。

   鋰離子電池目前廣泛應用于智能手機和電動汽車等領域，但生產鋰電池的原材料鋰和鈷不僅儲量有限，而且會對環(huán)境產生一定的負面影響，包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而鈉和硫等材料更便宜、更容易獲得（鈉可從海洋中獲得）且更環(huán)保。鑒于此，過去20年中，研究人員一直致力于研究能在室溫下工作的鈉基電池。

   最新研究負責人、美國得克薩斯大學奧斯汀分校材料研究所所長阿魯姆甘·曼提拉姆教授說：“鈉和硫含量豐富，對環(huán)境無害，而且成本更低，鈉硫電池堪稱一種‘夢想電池’。”

   在曼提拉姆團隊近期開展的兩項鈉電池研究中，科學家們調整了電解液的組成，有助離子在陰極和陽極之間來回移動，刺激電池的充電和放電。此外，他們還攻克了鈉電池中的常見問題——電池陽極上會生長出針狀結構樹枝晶，導致電池迅速老化、出現(xiàn)短路，甚至起火爆炸。

   研究人員解釋說，在以前的鈉硫電池電解液中，由硫形成的中間化合物會溶解在電解液中，并在電池內的兩個電極之間穿梭，導致材料損失、部件退化和枝晶形成。而他們調配的新電解液采用惰性（不參與化學反應）溶劑稀釋濃鹽溶液，從而使電解液保持“半溶解”狀態(tài)。結果表明，新電解液可以防止硫溶解，從而解決了穿梭和枝晶問題。這使電池的壽命更長，歷經300次充放電循環(huán)仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。

   過去一年，鋰價飛漲，人們對鋰電池替代品的呼聲日益高漲。研究人員計劃在這一突破的基礎上，用更大的電池進行測試，觀察其能否應用于電動汽車以及風能、太陽能等可再生能源的儲存。




 

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