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钠电池比现有的锂电池更便宜而且容量相当甚至更大

2020-11-09 19:55:12

莫斯科国立科技大学(NUST MISIS)、俄罗斯科学院(Russian Academy of Science)和德国亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫研究中心(Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf)科学家组成的一个国际小组发现,用钠(Na)代替锂(Li)以特殊方式“堆叠”,可用于电池生产。钠电池比现有的锂电池更便宜,而且容量相当,甚至更大。

锂离子电池在现代生活中非常重要,而且无处不在,手机、笔记本电脑、照相机、各种交通工具以及宇宙飞船都会搭载锂离子电池。1991年,锂离子电池进入市场,其发明者还因此获得2019年诺贝尔化学家。但是,同时锂又是一种很昂贵的碱金属,其储量在全球范围内有限。目前,还没有发现跟锂离子电池效率相当的替代品。由于锂是最轻的化学元素之一,因此很难找到可以替代它的金属,以制造大容量的电池。

但是,由Arkadiy Krashennikov教授领导的来自莫斯科国立科技大学、俄罗斯科学院和亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫研究中心的科学家团队找到了一种替代品。他们发现,如果电池样品内的原子以某种方式进行“堆叠”,那么除锂之外的其他碱金属也会表现出高能量密度。最有前景的锂替代品就是钠,因为与锂离子电池中传统石墨阳极相比,在石墨夹层中双层排列的钠原子也表现出与其相当的容量,约为335 mA*h/g,锂为372 mA*h/g。而且,钠的处理更丰富,因而也更便宜,更容易获取。

堆叠原子的特殊方式实际上就是将一个原子放置在另一个原子上面,此种结构通过在高压下,将原子从一块金属处转移到两块石墨之间的空间而形成,模拟了电池的充电过程。最终,看起来与三明治很像,由一层碳、两层碱金属以及另一层碳构成。

研究人员表示:“我们的模拟测试表明,锂原子与石墨烯的结合能力更强,但是增加锂层会导致电池稳定性下降。但是,钠的情况恰好相反。随着钠层数量的增加,结构的稳定性也增加了。”

该研究小组的下一步是打造一个实验电池样本,在实验室中进行研究。如果成功,则将制成比锂离子电池成本更低、容量相当甚至更大的新一代钠电池。

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