前幾天，根據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，鋰電池的發(fā)明者JohnGoodenough最近領(lǐng)導(dǎo)德克薩斯大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種讓廉價(jià)、安全的鈉離子電池成為可能的關(guān)鍵元素。

我們都知道，電池主要由三部分所組成，分別是陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)。電解質(zhì)當(dāng)中的化學(xué)反應(yīng)可致使電子在帶負(fù)電荷的陽(yáng)極附近聚集，然后再流向帶正電荷的陰極。

相比目前被大范圍使用的鋰離子電池，鈉離子電池的性能、重量和安全性都要差很多。但經(jīng)過多年的研發(fā)，Goodenough認(rèn)為他發(fā)現(xiàn)了一種可以改變這一切的陰極材料，名叫Eldfellite。這是一種廉價(jià)的礦物質(zhì)，并且沒有毒性。

“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的核心是這種材料的基本結(jié)構(gòu)，我們希望用它來鼓勵(lì)開發(fā)者發(fā)現(xiàn)可用于未來鈉離子電池研發(fā)的更好材料。”Goodenough實(shí)驗(yàn)室研究者preetamSingh說道，“我們認(rèn)為這種陰極材料提供了一個(gè)非常好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，最終可讓鈉電池真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。”

今天，來自韓國(guó)的一支研究團(tuán)隊(duì)近日展示了新型常溫且高能量密度的鈉離子可充電電池，采用了基于二氧化硫的無機(jī)熔融復(fù)合物陰極電解質(zhì)，可以同時(shí)充當(dāng)鈉離子導(dǎo)電解質(zhì)和陰極材料。

根據(jù)陰極電解液和碳電極的質(zhì)量總和，新款鈉離子電池組的放電容量為153毫安時(shí)/克，工作電壓為3伏特；電池組在大電流條件下充放電性能優(yōu)良，充放電循環(huán)表現(xiàn)也非常出眾，能夠超過300次。特別值得注意的是，新型無機(jī)液體電解質(zhì)具有耐燃性和自主重構(gòu)特點(diǎn)，有助于加速鈉離子可充電電池組的商業(yè)化進(jìn)程。

研究人員構(gòu)建了包含2032個(gè)鈉-二氧化硫扣式單元的電池組，使用鈉材料金屬陽(yáng)極和多空碳陰極，液態(tài)電解質(zhì)材料為氯化鋁鈉和二氧化硫復(fù)合溶液。基于放電速率0.1庫(kù)侖的碳陰極，電池單元的放電容量大約為1800毫安時(shí)/克（或者4.1毫安時(shí)/平方厘米），該數(shù)值和常規(guī)商用鋰離子電池組（3-5毫安時(shí)/平方厘米）基本相當(dāng)，比之前報(bào)道的鋰氧電池和鈉氧電池組性能要優(yōu)越很多。即便是在放電速率5庫(kù)侖的高電流密度狀況下，鈉-二氧化硫電池組的放電容量也能夠達(dá)到897毫安時(shí)/克。

不過充放電之間的能量效率只有80%左右，這點(diǎn)還需要得到進(jìn)一步改善。鈉-二氧化硫電池組在多次充放電循環(huán)之后，儲(chǔ)電容量衰減率相對(duì)較低；每次放電過程能量耗盡，而且高庫(kù)侖速率的大電流充放電條件下，100次循環(huán)之后儲(chǔ)電容量達(dá)到新電池組的75%。

電池單元化學(xué)過程是二氧化硫和四氯合鋁酸鈉之間的高度可逆氧化還原反應(yīng)，氯化鋁鈉和二氧化硫構(gòu)成的復(fù)合無機(jī)電解液確保了鈉-二氧化硫電池組的可靠性，從而在一個(gè)較長(zhǎng)的使用周期內(nèi)安全性也得到保障。