研究人員以動物骨骼為靈感開發鈉正極 提高電池穩定性

2020-12-16 騰訊網

蓋世汽車訊 鈉離子電池有望取代鋰離子電池，用於大規模儲能設施。與鋰離子電池相比，它具有比能量高、安全性能好等優點，尤其是鈉儲量豐富。然而，鈉正極較難開發，因為電子通過正極材料進入電池中，許多候選材料不穩定或無法承受高壓。

（圖片來源：AIP）

據外媒報導，為了找到解決方案，成均館大學（Sungkyunkwan University）、德克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）和布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）的研究人員著眼於自然，以哺乳動物骨骼為靈感開發鈉正極。

研究人員Ho Seok Park表示：「我們相信，大自然為解決技術問題提供了很有希望的解決方案。我們希望能找到理想架構，解決這些動力學和穩定性方面的局限性。」

哺乳動物的骨骼結構由內部多孔的海綿骨組成，可以儲存和運輸骨髓。其周圍是堅硬、緻密的骨骼，可在嚴重的應力下保持機械和結構的完整性。根據這一設計架構，該團隊開發出由Na3V2(PO4)3結構（也稱為NVP）組成的多孔系統，其周圍環繞著一層緻密的還原氧化石墨烯(rGO)外殼。NVP是一種能快速傳輸鈉離子的鈉正極材料，但結構不穩定。

這種骨狀構造有助於提高系統的結構完整性，減少由電化學和機械應力造成的永久性損壞。同時，NVP和rGO相結合，為鈉離子創造了更為有利的環境，從而提高體系的穩定性。電池可以以超高倍率充電，並在10000次充放電循環後，保持90%以上的容量，當然這取決於充電倍率。

然而，研究人員指出，這項工作目前尚處於概念驗證階段。要實現技術應用，還需要做更多的工作。Park表示：「為了更實際的應用，需要大規模合成骨啟發NVP，優化其成分和結構，以及製造和測試大面積高載荷電極。」

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