钠离子型“全固态”电池有望取代锂离子电池

目前，锂离子电池在电池技术方面占据着最重要的地位，但其价格比较昂贵，并且电池中含有易燃液体，可能会造成安全隐患。为了满足人们日益增长的用于电动汽车和可再生能源储存的电池的需求，瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）和瑞士日内瓦大学（UNIGE）的研究人员，设计了一种被称为“全固态”的新型电池。

新的固体钠电池的组成

这种电池在能够储存更多电量的同时，还保持了其安全性和可靠性。此外，电池是以钠为基础的，钠是锂的廉价替代品。这种新颖的电池原型在EnergyandEnvironmentalScience杂志中有介绍。

所有的电池都是由阳极（负极）、阴极（正极）和电解质溶液组成的。当锂离子电池充电时，锂离子会离开阴极并移向阳极。为了防止形成锂枝晶（锂枝晶是一种能引起电池短路的微观石笋，可能引起电池损坏），商用电池中的阳极是由石墨制成的而不是由金属锂制成的，尽管金属锂这种超轻金属会增加可储存的能量。

当开始生产增强型电池时，Empa和UNIGE的研究人员决定使用钠来取代锂，同时采用固体电解质而不是传统的液体电解液，以提高电池的充电速度、储存容量和安全性。通过物理方法阻挡枝晶的形成，固体电解质应该允许它们利用金属阳极，使得可以在保证安全的同时存储更多的能量。

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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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“但是，我们仍需找到一种合适的固体离子导体，它不仅要无毒，而且还要具有化学稳定性和热稳定性，可以使钠容易在阳极和阴极之间移动，”在UNIGE理学院的物理化学系的HansHagemann教授说。研究人员发现，一种名为氯硼烷的硼基物质可以使钠离子自由循环。此外，由于氯硼烷是一种无机导体，因此其消除了充电时有机电解液会引起电池燃烧的危险。

Empa的能量转换实验材料研究员兼UNIGE科学院物理化学系博士生LéoDuchêne解释道：“目前存在的难题是：如何在电池的三层结构之间建立紧密的接触：由固体金属钠组成的阳极;由混合的氧化铬钠组成的阴极;由氯硼烷组成的电解质。研究人员的解决这一问题的方案是：在添加氧化铬钠粉末之前，将部分电池电解质溶解在溶剂中。一旦溶剂蒸发，研究人员便将阴极粉末复合物与电解质和阳极堆叠在一起，压缩各个层以形成电池。

科学家经测试发现：超过250次充放电循环之后的电池，其电量容量的85％仍然是正常的。研究人员说：“但是在电池投入市场之前需要1200个周期，此外，我们还需要在室温下测试电池，以确认在增加电压的同时是否会形成树枝状结构。为此，我们也将继续对其做出更深入的探讨。”