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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(shí)間:2022-02-14 09:50來源:科技酷探 作者:綜合報(bào)道
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電動(dòng)汽車是未來！它們將有助于減少空氣污染并結(jié)束我們對(duì)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(dòng)汽車的國(guó)家可能在世界舞臺(tái)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
因此，對(duì)電動(dòng)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(dòng)汽車的主流動(dòng)力系統(tǒng)還是依賴于鋰電池，這就涉及到一個(gè)很明顯的問題：電動(dòng)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(huì)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(chǔ)量?jī)H占地殼的 0.002%。一旦電動(dòng)汽車變得更加普及，對(duì)鋰的需求將開始超過供應(yīng)。
解決這個(gè)難題的一種可能方法是設(shè)計(jì)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(chǔ)量豐富，容易獲取，價(jià)格低廉！鈉材料能量密集、不易燃并且在較低的溫度下運(yùn)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(jìn)展，如研究報(bào)道稱鈉離子電池的能量密度最高達(dá)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(gè)研究團(tuán)隊(duì)在他們發(fā)表于《先進(jìn)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(gè)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(shí)和大規(guī)模地觀察電池樣本中單個(gè)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(jìn)了有缺陷的相變，隨著鈉離子在電池中移動(dòng)，單個(gè)顆粒內(nèi)的晶體層的錯(cuò)誤取向會(huì)增加。
這一發(fā)現(xiàn)促使該團(tuán)隊(duì)為他們正在使用的鈉離子電池類型提出了新的設(shè)計(jì)方案，他們計(jì)劃在未來的研究項(xiàng)目中進(jìn)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(jìn)行充放電，這些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使得它更受消費(fèi)者歡迎。隨著對(duì)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(dòng)汽車電池的動(dòng)力來源成為指日可待。
文章標(biāo)簽：
鈉離子電池
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