美国科学家在最新一期《美国化学学会杂志》上发表论文称,他们研制出一种新式钠硫电池,解决了同类电池普遍面临的枝晶等问题,使电池寿命更长——历经300次充放电仍然性能稳定。最新研究是钠硫电池商业化道路上的一个重要里程碑,这种电池未来有望取代现在广泛使用的锂电池。
上海油压工作室锂离子电池目前广泛应用于智能手机和电动汽车等领域,但生产锂电池的原材料锂和钴不仅储量有限,而且会对环境产生一定的负面影响,包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而钠和硫等材料更便宜、更容易获得(钠可从海洋中获得)且更环保。鉴于此,过去20年中,研究人员一直致力于研究能在室温下工作的钠基电池。
上海油压工作室最新研究负责人、美国得克萨斯大学奥斯汀分校材料研究所所长阿鲁姆甘·曼提拉姆教授说:“钠和硫含量丰富,对环境无害,而且成本更低,钠硫电池堪称一种‘梦想电池’。”
在曼提拉姆团队近期开展的两项钠电池研究中,科学家们调整了电解液的组成,有助离子在阴极和阳极之间来回移动,刺激电池的充电和放电。此外,他们还攻克了钠电池中的常见问题——电池阳极上会生长出针状结构树枝晶,导致电池迅速老化、出现短路,甚至起火爆炸。
上海油压工作室研究人员解释说,在以前的钠硫电池电解液中,由硫形成的中间化合物会溶解在电解液中,并在电池内的两个电极之间穿梭,导致材料损失、部件退化和枝晶形成。而他们调配的新电解液采用惰性(不参与化学反应)溶剂稀释浓盐溶液,从而使电解液保持“半溶解”状态。结果表明,新电解液可以防止硫溶解,从而解决了穿梭和枝晶问题。这使电池的寿命更长,历经300次充放电循环仍表现出稳定的性能。
上海油压工作室过去一年,锂价飞涨,人们对锂电池替代品的呼声日益高涨。研究人员计划在这一突破的基础上,用更大的电池进行测试,观察其能否应用于电动汽车以及风能、太阳能等可再生能源的储存。