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研究人員用鈉代替電池中的鋰 或制成更便宜容量更大的鈉電池

鉅大LARGE  |  點擊量:637次  |  2021年10月19日  

據外媒報道,莫斯科國立科技(300716,股吧)大學(NUSTMISIS)、俄羅斯科學院(RussianAcademyofScience)和德國亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫研究中心(Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf)科學家組成的一個國際小組發現,用鈉(Na)代替鋰(Li)以特殊方式“堆疊”,可用于電池生產。鈉電池比現有的鋰離子電池更便宜,而且容量相當,甚至更大。


(:phys.org)


鋰離子電池在現代生活中非常重要,而且無處不在,手機、筆記本電腦、照相機、各種交通工具以及宇宙飛船都會搭載鋰離子電池。1991年,鋰離子電池進入市場,其發明者還因此獲得2019年諾貝爾化學家。但是,同時鋰又是一種很昂貴的堿金屬,其儲量在全球范圍內有限。目前,還沒有發現跟鋰離子電池效率相當的替代品。由于鋰是最輕的化學元素之一,因此很難找到可以替代它的金屬,以制造大容量的電池。


但是,由ArkadiyKrashennikov教授領導的來自莫斯科國立科技大學、俄羅斯科學院和亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫研究中心的科學家團隊找到了一種替代品。他們發現,假如電池樣品內的原子以某種方式進行“堆疊”,那么除鋰之外的其他堿金屬也會表現出高能量密度。最有前景的鋰替代品就是鈉,因為與鋰離子電池中傳統石墨陽極相比,在石墨夾層中雙層排列的鈉原子也表現出與其相當的容量,約為335mA*h/g,鋰為372mA*h/g。而且,鈉的處理更豐富,因而也更便宜,更容易獲取。


堆疊原子的特殊方式實際上就是將一個原子放置在另一個原子上面,此種結構通過在高壓下,將原子從一塊金屬處轉移到兩塊石墨之間的空間而形成,模擬了電池的充電過程。最終,看起來與三明治很像,由一層碳、兩層堿金屬以及另一層碳構成。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

研究人員表示:“我們的模擬測試表明,鋰原子與石墨烯的結合能力更強,但是新增鋰層會導致電池穩定性下降。但是,鈉的情況恰好相反。隨著鈉層數量的新增,結構的穩定性也新增了。”


該研究小組的下一步是打造一個實驗電池樣本,在實驗室中進行研究。假如成功,則將制成比鋰離子電池成本更低、容量相當甚至更大的新一代鈉電池。



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