钜大LARGE | 点击量:1098次 | 2021年03月17日
锂离子电池会被钠镁材料替代吗?
锂离子电池目前已获得广泛应用,但其具有明显的缺点,一是含锂的材料来源有限,二是目前锂离子电池中使用可燃的液态电解液,易燃易爆,安全风险较大。在瑞士国家科研基金会的支持下,瑞士联邦材料研究所、日内瓦大学、保罗谢尔研究所自2015年起联合展开了一项科研项目,尝试用钠镁材料替代锂开发蓄电池,取得阶段性成果。
科研团队提出一种全固体蓄电池设计,电池中使用的是固体电解质而不是一般常用的液态电解质,这种固态电解质是具有晶体结构的含钠离子或镁离子的化合物,钠离子和镁离子可在其中运动,由带正电荷的离子在电池电极间的运动实现电子的转移出现电流。
根据实验结果,在常温(摄氏20度)下,钠离子即可在固体电解质中运动,而且固体电解质不会燃烧,并在摄氏300度环境下仍保持化学稳定性,因此安全性大大新增。因钠元素材料的来源广泛,与锂材料相比几乎是无限的。虽然钠材料制成的电池储存电能的密度比锂离子电池小,但在对储能单元体积要求不高的场合仍具有替代锂离子电池的可能,因此这一结果具有很重要的应用价值。
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我国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其团队成功研发出一种新型高性能、低成本的钾型双离子电池技术,在不改变现有锂离子电池正极材料的情况下,研发出具有普适性的铝箔负极/集流体一体化设计的新型高效低成本锂电技术,不仅可以有效降低电池自重和体积,显著提高质量和体积能量密度,而且大大降低了生产制造成本,同时具有广泛的普适性。
采用该技术的电池,大大提高电池容量,给手机供应持续电量,这项成果在一年的时间中,不仅在基础研究方面做出了多项突破和布局;同时,迅速走出实验室,朝着产业化的方向快速发生产展。
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针对镁材料开发的固体电解质也具有良好性能,镁离子在摄氏70度条件下可在其中运动。相比早期的一些研究结果,获得同样的导电性能要摄氏400度的条件,科研人员认为是在正确的方向上取得了重大进步,展示了进一步改进的潜力和可行性。考虑到镁离子比锂离子携带的电荷多一倍,材料来源较多,化学稳定性更好,用镁取代锂作为电池材料具有更加诱人的前景。
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