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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
時(shí)間:2020-08-17 15:50來源:蓋世汽車新能源 作者:余秋云
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（圖片來源：phys.org）
據(jù)外媒報(bào)道，莫斯科國(guó)立科技大學(xué)（NUST MISIS）、俄羅斯科學(xué)院（Russian Academy of Science）和德國(guó)亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫研究中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf）科學(xué)家組成的一個(gè)國(guó)際小組發(fā)現(xiàn)，用鈉（Na）代替鋰（Li）以特殊方式“堆疊”，可用于電池生產(chǎn)。鈉電池比現(xiàn)有的鋰電池更便宜，而且容量相當(dāng)，甚至更大。
鋰離子電池在現(xiàn)代生活中非常重要，而且無處不在，手機(jī)、筆記本電腦、照相機(jī)、各種交通工具以及宇宙飛船都會(huì)搭載鋰離子電池。1991年，鋰離子電池進(jìn)入市場(chǎng)，其發(fā)明者還因此獲得2019年諾貝爾化學(xué)家。但是，同時(shí)鋰又是一種很昂貴的堿金屬，其儲(chǔ)量在全球范圍內(nèi)有限。目前，還沒有發(fā)現(xiàn)跟鋰離子電池效率相當(dāng)?shù)奶娲贰Ｓ捎阡囀亲钶p的化學(xué)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Arkadiy Krashennikov教授領(lǐng)導(dǎo)的來自莫斯科國(guó)立科技大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院和亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫研究中心的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)找到了一種替代品。他們發(fā)現(xiàn)，如果電池樣品內(nèi)的原子以某種方式進(jìn)行“堆疊”，那么除鋰之外的其他堿金屬也會(huì)表現(xiàn)出高能量密度。最有前景的鋰替代品就是鈉，因?yàn)榕c鋰離子電池中傳統(tǒng)石墨陽極相比，在石墨夾層中雙層排列的鈉原子也表現(xiàn)出與其相當(dāng)?shù)娜萘浚s為335 mA*h/g，鋰為372 mA*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(shí)際上就是將一個(gè)原子放置在另一個(gè)原子上面，此種結(jié)構(gòu)通過在高壓下，將原子從一塊金屬處轉(zhuǎn)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(gòu)成。
研究人員表示：“我們的模擬測(cè)試表明，鋰原子與石墨烯的結(jié)合能力更強(qiáng)，但是增加鋰層會(huì)導(dǎo)致電池穩(wěn)定性下降。但是，鈉的情況恰好相反。隨著鈉層數(shù)量的增加，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也增加了。”
該研究小組的下一步是打造一個(gè)實(shí)驗(yàn)電池樣本，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究。如果成功，則將制成比鋰離子電池成本更低、容量相當(dāng)甚至更大的新一代鈉電池。
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