科學(xué)家研制出新式鈉硫電池 300次充放電仍性能穩定

美國科學(xué)家在最新一期《美國化學(xué)學(xué)會(huì )雜志》上發(fā)表論文稱(chēng)，他們研制出一種新式鈉硫電池，解決了同類(lèi)電池普遍面臨的枝晶等問(wèn)題，使電池壽命更長(cháng)——歷經(jīng)300次充放電仍然性能穩定。最新研究是鈉硫電池商業(yè)化道路上的一個(gè)重要里程碑，這種電池未來(lái)有望取代現在廣泛使用的鋰電池。

鋰離子電池目前廣泛應用于智能手機和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，但生產(chǎn)鋰電池的原材料鋰和鈷不僅儲量有限，而且會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生一定的負面影響，包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而鈉和硫等材料更便宜、更容易獲得(鈉可從海洋中獲得)且更環(huán)保。鑒于此，過(guò)去20年中，研究人員一直致力于研究能在室溫下工作的鈉基電池。

最新研究負責人、美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校材料研究所所長(cháng)阿魯姆甘·曼提拉姆教授說(shuō)：“鈉和硫含量豐富，對環(huán)境無(wú)害，而且成本更低，鈉硫電池堪稱(chēng)一種‘夢(mèng)想電池’。”

在曼提拉姆團隊近期開(kāi)展的兩項鈉電池研究中，科學(xué)家們調整了電解液的組成，有助離子在陰極和陽(yáng)極之間來(lái)回移動(dòng)，刺激電池的充電和放電。此外，他們還攻克了鈉電池中的常見(jiàn)問(wèn)題——電池陽(yáng)極上會(huì )生長(cháng)出針狀結構樹(shù)枝晶，導致電池迅速老化、出現短路，甚至起火爆炸。

研究人員解釋說(shuō)，在以前的鈉硫電池電解液中，由硫形成的中間化合物會(huì )溶解在電解液中，并在電池內的兩個(gè)電極之間穿梭，導致材料損失、部件退化和枝晶形成。而他們調配的新電解液采用惰性(不參與化學(xué)反應)溶劑稀釋濃鹽溶液，從而使電解液保持“半溶解”狀態(tài)。結果表明，新電解液可以防止硫溶解，從而解決了穿梭和枝晶問(wèn)題。這使電池的壽命更長(cháng)，歷經(jīng)300次充放電循環(huán)仍表現出穩定的性能。

過(guò)去一年，鋰價(jià)飛漲，人們對鋰電池替代品的呼聲日益高漲。研究人員計劃在這一突破的基礎上，用更大的電池進(jìn)行測試，觀(guān)察其能否應用于電動(dòng)汽車(chē)以及風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的儲存。(科技日報記者 劉霞)

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