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瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险

2020-09-16   点击量:24

据外媒报道,瑞士联邦材料测试与开发研究所(SwissFederalLaboratoriesforMaterialsScienceandTechnology,EMPA)与瑞士日内瓦大学(UniversityofGeneva,UNIGE)的研究人员设计了新款全固态(all-solid-state)电池样品,该款电池能够存储更多的电能,同时确保电池的安全性及可靠性。此外,该款电池采用钠材料,作为锂的廉价替代品。


电池的正常工作与以下三个部件密切相关:阳极(负极)、阴极(正极)及电解质(electrolyte)。当今电子设备所采用的电池均为锂离子电池。当电池放电时,锂离子将从阴极流向阳极。


尽管锂金属分量极轻,可提升电池的储能,但为防止形成锂树突(锂枝晶,lithiumdendrites),从而导致电池短路乃至造成电池起火,商用电池阳极通常采用石墨而非锂金属。


为此,研究人员将重心放到了“固态”电池的优点上,旨在应对新兴市场高企的需求并进一步提升电池的性能:提升充电速度、储能并提高电池的安全性。新款电池采用了固态电解质,为防止树突的形成,采用了金属阳极,在提升储能的同时确保了电池的安全性。


不易燃的固态钠电池(solidsodiumbattery)


日内瓦大学理学院(UNIGE’sFacultyofSciences)物理化学专业的HansHagemann教授解释道:“但目前还务必要找到一款适合的固态离子导体,且确保该材质无毒、化学及热能性质稳定,使钠离子能够自由地在电池的两极之间移动。”


研究人员研发了一款硼基物质——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5,这是一种闭合型的硼,使钠离子能够自由流动。此外,由于该物质是无机导体,避免了充电起火的风险。换言之,该材料的特性颇具前景。


EMPA能量转换材料实验室(MaterialsforEnergyConversionLaboratory)研究员兼UNIGE理学院博士生LéoDuchêne表示:“难点在于要建立电池三大层级(固态钠金属构成的阳极、亚铬酸钠(NaCrO2)构成的阴极、闭合型硼构成的电解质)间的紧密联系。”


研究人员将部分电解质溶解于溶剂中,然后加入了亚铬酸钠(NaCrO2)粉末。当溶剂蒸发后,将阴极、电解质及阳极堆叠后,将各层压紧后形成该款固态钠电池。


两家研究机构的人员随后对该款电池进行了测试。EMPA研究人员兼该项目负责人ArndtRemhof表示:“团队所采用的电解质的电化学性能稳定,可耐受3V电压,这是鉴于在同等电压下,许多早前测试的固态电池会损坏。”该研究项目由瑞士国家科学基金会(SwissNationalScienceFoundation,SNSF)及瑞士热电储能能源研究中心(SwissCompetenceCentreforEnergyResearchonHeatandElectricityStorage,SCCER-HaE)。


研究人员补充道:“目前已进行了250多次的电池充放电试验,目前的电池容量为早前的85%,且电池功能正常。但如果要投放市场的话,还需要再进行1200次充放电试验。此外,我们还需要在室温下测试该款电池,从而确认是否有树突生成,并调高电压进行测试。目前,各项试验均在进行中。”


钜大特种电池工程研究院

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