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科學(xué)家終于找到了鈉離子電池不耐用的關(guān)鍵因素！
時間:2022-02-14 09:50來源:科技酷探 作者:綜合報道
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電動汽車是未來！它們將有助于減少空氣污染并結(jié)束我們對化石燃料的依賴。
它們是新興的工業(yè)革命！率先生產(chǎn)和使用電動汽車的國家可能在世界舞臺上具有很強的競爭力。
因此，對電動汽車關(guān)鍵部件電池的研究也取得了飛速的發(fā)展。目前電動汽車的主流動力系統(tǒng)還是依賴于鋰電池，這就涉及到一個很明顯的問題：電動汽車的普及必須要有足夠的鋰來生產(chǎn)所有這些汽車電池。
我們目前擁有的最好的可充電電池是基于涉及鋰的化學(xué)反應(yīng)，這就是為什么人們會在大多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品中找到鋰離子電池的原因。不幸的是，鋰在地球上并不豐富，其儲量僅占地殼的 0.002%。一旦電動汽車變得更加普及，對鋰的需求將開始超過供應(yīng)。
解決這個難題的一種可能方法是設(shè)計一種新型電池，這種電池依賴于更豐富的堿金屬而不是鋰。在可以替代鋰的幾種候選材料如鈉、鉀、鈣中，鈉作為具可觀前景的可充電電池的金屬脫穎而出。
鈉在地球上的儲量豐富，容易獲取，價格低廉！鈉材料能量密集、不易燃并且在較低的溫度下運行良好。
近期關(guān)于鈉離子電池的研究也取得了一些可喜的進展，如研究報道稱鈉離子電池的能量密度最高達到了145Wh/kg，已經(jīng)可以媲美磷酸鐵鋰的能量密度145Wh/kg。緊接著，布里斯托大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型碳電極材料，用于攜帶大的鈉離子，使得鈉離子電池的性能優(yōu)于許多其他類似系統(tǒng)等等。
然而，鈉離子電池耐久性差，大多數(shù)鈉離子電池的循環(huán)次數(shù)比較少。最近，康奈爾大學(xué)的一個研究團隊在他們發(fā)表于《先進能源材料》雜志上的一篇研究論文中揭示了鈉離子電池耐久性差的一個關(guān)鍵因素。
他們使用康奈爾高能同步加速器源開發(fā)了一種新的 X 射線成像技術(shù)來觀察到這一關(guān)鍵因素，這種成像技術(shù)使得他們能夠?qū)崟r和大規(guī)模地觀察電池樣本中單個粒子的行為。
研究小組發(fā)現(xiàn)，在電池充電期間，原子突然重新排列并促進了有缺陷的相變，隨著鈉離子在電池中移動，單個顆粒內(nèi)的晶體層的錯誤取向會增加。
這一發(fā)現(xiàn)促使該團隊為他們正在使用的鈉離子電池類型提出了新的設(shè)計方案，他們計劃在未來的研究項目中進行調(diào)查。一種解決方案是修改電池化學(xué)成分，在有缺陷的過渡階段之前為粒子引入一種戰(zhàn)略性無序。
通過改變過渡金屬的比例，如鎳和錳，也許可以降低這種有缺陷的相變。
鈉離子電池成本低，能快速進行充放電，這些獨特的優(yōu)勢使得它更受消費者歡迎。隨著對鈉離子電池的容量、密度及壽命的研究越來越成熟，鈉離子電池商用并取代鋰電池成為下一代電動汽車電池的動力來源成為指日可待。
文章標簽：
鈉離子電池
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