经过10000次充放电循环,电容保持91%!钠电池在模拟哺乳动物骨中的稳定性有了很大的提高。

作者:安尼      发布时间:2021-04-26      浏览量:2
近年来,锂电池在储能领域已经占据了很长一
近年来,锂电池在储能领域已经占据了很长一段时间,为从智能手机到自动驾驶汽车的几乎所有产品都提供了动力。然而,这种电池存在着致命的缺陷,即容易过热甚至爆炸,而且锂矿在开采过程中也会严重污染土壤、空气、河流等。因此,在过去的十年里,科学家们一直在研究一种更安全、更有效的替代锂电池的能源选择。由于钠离子电池储量丰富,分布广泛,越来越多的科学家将钠离子电池作为大型储能系统的新选择。

但目前,钠电池的研究和开发遇到了一个棘手的问题:钠阴极(通过电池传输电子的电极)在高压下极不稳定。解决这个问题的关键是科学家们一直未能找到高性能的钠阴极材料。

的情况在最近几天有所改善。12月8日,韩国成军大学化学工程师何秀朴和他的团队在“应用物理评论”杂志上发表了一项概念研究的证据。他们说,通过模拟哺乳动物骨骼的特征,他们找到了一种钠阴极的生物溶液,在此基础上,钠电池的容量可以在10000多次充放电后保持在91%。

“我们相信大自然为技术问题提供了一个非常有前途的解决方案,”Park说。“因此,我们正在努力寻找一个理想的框架,以解决这些动态和稳定性的限制。“研究小组解释说,哺乳动物骨骼在很大程度上可以作为电池阴极的参考模型,这很大程度上是因为它们的双重结构:骨的外部大部分由硬钙组成,而骨(骨髓)的内部是海绵、多孔、柔软和有弹性的。

”海绵状骨比致密骨的表面积高出10倍,“研究小组解释道。”“这创造了一个典型的软和硬复合效应,不仅允许骨骼在压力下弯曲,而且在结构上支持身体的负荷。”

这种结构完整性目前在钠电池中是缺乏的。利用多孔元素NVP模拟骨髓,利用致密的氧化石墨烯壳模拟骨外的硬钙,研制了多阴离子Na3V2(PO4)3还原石墨烯复合阴极电池(BINVP)。与其它正极材料相比,聚阴离子化合物具有更好的循环稳定性、更均匀的电压分布和更强的热稳定性,已成为强阴极材料的候选材料。

在测试新阴极的稳定性时,团队惊讶地发现使用阴极的钠离子电池达到了极高的充电率和超长的循环寿命。第一种方法是电池组只需3次充电,充电时间为6秒,充电时间为6秒,1C充电率为BI-NVP理论容量的97%,200℃时电压稳定。同时,它还具有较长的循环寿命--在50℃10000次循环后,电容保持率达到91%。另一方面,锂电池只能连续进行400到1200次充放电循环。

和BI-NVP阴极和Na金属阳极的钠离子电池将提供最大比能量为350 W h kg-1,最大比功率为15 4kW kg-1。对循环BI-NVP进行了原位和事后分析(包括Raman和XRD谱、HRTEM和STEM-EELS),证实了BI-NVP具有高度可逆的膨胀收缩特性,电极粉末可忽略,NVPrGO层界面稳定。

尽管该设计初步成功,但研究人员强调,该设计仍处于概念验证设计阶段,为了取得长期的成功,有必要对该设计进行大规模的综合研究,以了解其在实际应用中的合理性,从而在协助钠电池替代锂电池方面发挥重要作用。