「無序」造就理想電池

2020-10-14 科技工作者


硼氫化物晶體中鈉離子擴散的三維表面。

電動汽車的普及是實現可持續發展計劃的關鍵，它不會排放溫室氣體，其發展與強大、安全的電池模塊息息相關。目前，鋰電池是相對理想的解決方案。然而，鋰電池需要使用液態電解質，一旦發生洩漏，會有極大的爆炸風險。更重要的是，鋰並不是地球上的富元素，鋰資源的爭奪很可能引發與石油類似的地緣政治問題。

eurekalert.org網站當地時間10月12日報導，瑞士日內瓦大學（UNIGE）的結晶學家開發了一種能在室溫下工作的不易燃固態電解質。該成果有望促成「理想」鈉電池的開發。相關研究成果刊登於《Cell Reports Physical Science》雜誌中。

論文作者、UNIGE博士後研究員Fabrizio Murgia表示，鈉是電池應用中替代鋰的「完美」選擇，因為它的化學、物理性質與鋰接近，而且儲量豐富、分布廣泛。

論文第一作者Matteo Brighi說：「鈉換鋰的問題在於，鈉離子比鋰離子更重，可能難以在電池的電解液中轉移。」因此，尋找能夠轉移鈉的電解質，成為實施「以鈉換鋰」策略的前提。日本和美國的研究人員發現：在120攝氏度的高溫下，硼氫化物是良好的「鈉導體」。雖然這一溫度對於日常使用的電池來講是在過高，但卻為Brighi等點燃了思維火花。

得益於UNIGE研究團隊在硼氫化物的氫存儲等應用領域積累的專業知識，Brighi等人開始著手降低傳導溫度，並最終取得了非常好的效果——以硼氫化物作為電解質，在室溫至250攝氏度間不存在安全問題，並且能夠與電池技術兼容。

UNIGE結晶學實驗室教授、項目負責人Radovan Cerny說：「更重要的是，硼氫化物電解質能夠對抗更高的電位差，這意味著電池可以存儲更多的能量。」

結晶學是礦物學、物理學和化學的交叉學科，主要關注化學物質的結構，並預測其性質。結晶學的發展為材料設計帶來更多可能性，也啟發了此次的電解質設計策略。

Murgia說：「我們的文章闡述了如何改變硼氫化物的晶體結構，使其成為有效的鈉電池電解質。硼氫化物的結構允許負電氫的存在，其球形空洞為帶正電荷的鈉離子留出了足夠的流通空間。然而，由於正負電荷會相互吸引，我們還需要製造『混亂』使化合物結構變得無序，讓鈉離子能夠順利移動。」

編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《Cell Reports Physical Science》

期刊編號：2666-3864

原文連結：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-10/udg-mdf101220.php

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