能源部（DOE）的研究人员已经取得了重大突破，他们认为这或许是钠离子电池可以成为锂离子电池可行替代品的解决方案。

能源部西北太平洋国家实验室（PNNL）调整了钠基存储设备液体核心的成分，以极大地延长了使用寿命，并解决到目前为止一直困扰他们的性能问题。

其中一位首席研究人员Jiguang Zhang表示：“在这里，我们原则上表明，钠离子电池有潜力成为一种持久、环保的电池技术。”相关论文发表在《Nature Energy》杂志上。

科学人员一直以来都将钠离子电池视为未来取代锂离子电池的最佳选择，原因有一下几点。钠的丰度，远比锂要便宜、更容易获得、更合乎道德的开采，而锂是一种昂贵且有限的资源，在世界不发达地区以剥削的方式提取。

研究人员表示，钠离子电池还可能在任何给定重量和体积下保持高容量的能量，而锂离子电池会随着能量密度的增加而变得更重，使得钠离子电池取代锂离子电池变得更具有吸引力。

电池的稳定性

具体来说，PNNL团队使用电池的液体电解质，该电解质通过将盐溶解在溶剂中形成。电解液是电池的一部分，其中带电离子在正极和负极之间流动。随着时间的推移，任何电池都会变得迟钝，这限制了设备可以再充电的次数，并且仍然保持充电状态，从而实现最佳功能。

钠离子电池的一个主要缺点是，电荷衰减比锂离子电池快，这将阻碍其作为锂离子电池商业替代品的可行性。

在科学家Yan Jin和Phung Le的带领下，PNNL团队通过创造一种新的电解液配方来解决这个问题，将液体溶液和流经电池的盐类型切换，以解决设备这部分通常会出现的一个关键问题。

目前用于钠离子电池的电解液往往会溶解装置中阳极或负极上的保护膜。保护膜是电池中的关键部分，因为保护膜可以允许钠离子通过阳极的同时维持电池寿命。

为了解决该问题，研究人员稳定了阳极的保护膜，同时在阴极（正极）添加超薄保护层。根据研究人员的报道，他们对该装置的改进使电池整体更加稳定，在实验测试中，在4.2V电压下300次循环后，电池可以保持90%的电池容量。

虽然钠离子电池比之前研发的钠离子电池性能都要高，但还不能与锂离子电池相提并论。然而研究人员表示，这是迄今为止在推进钠基电池设计方面最有希望的工作之一。

高电压性能

由PNNL团队研发的电池也展示了在高电压状态下运行的能力方面比目前的锂离子电池设计有所提高，而高电压下的运行能力一直是后者的难题。事实上，锂离子设计在能量密度过高时会发生短路甚至火灾，这也是科学家们寻找替代它们的关键原因之一。

研究人员表示，另一方面，新型钠基电池使用了一种自然灭火溶液，不受温度变化的影响，并且可以在高压状态下工作。在阳极上形成的超薄层是关键，提供了整体器件稳定性。

研究人员表示，他们还测量了阴极气体蒸汽的产生量，并发现产生的量是极小的。这将可以为科学家开发用于高温工作的钠离子电池稳定电解质提供了新的思路。

PNNL团队的目标是通过改进目前的电池设计，并与其他公司进行试验，以减少并可能消除电池中通常使用的其他问题材料的使用，继续其工作。他们说，其中一种是钴，如果不回收或回收，钴是有毒的，价格昂贵。

 

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2022.8.9