德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(TheUniversityofTexasatAustin)的工程師發(fā)明了一種鈉硫電池，解決了一直以來(lái)阻礙該技術(shù)成為鋰離子電池商業(yè)可行性替代品的最大障礙之一。從智能手機(jī)到電動(dòng)汽車，鋰離子電池?zé)o處不在。

鈉和硫是未來(lái)電池生產(chǎn)中具有吸引力的材料，因?yàn)樗鼈儽蠕嚭外挼炔牧细阋?，而且更易獲得，而鋰和鈷等材料也存在環(huán)境和人權(quán)問(wèn)題。正因?yàn)槿绱?，研究人員在過(guò)去20年里一直致力于使室溫下的鈉基電池可行。

“我把它稱為夢(mèng)想中的技術(shù)，因?yàn)殁c和硫含量豐富，對(duì)環(huán)境無(wú)害，而且成本最低，隨著電氣化的擴(kuò)大和對(duì)可再生能源存儲(chǔ)需求的增加，成本和可承受性將是唯一的主導(dǎo)因素?！钡每怂_斯大學(xué)材料研究所主任、沃克機(jī)械工程系教授ArumugamManthiram說(shuō)。

在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校最近的兩項(xiàng)鈉電池進(jìn)展中，研究人員調(diào)整了電解質(zhì)的組成，這種液體有助于離子在陰極和陽(yáng)極之間來(lái)回移動(dòng)，以刺激電池的充放電。他們解決了鈉電池中常見(jiàn)的問(wèn)題，即在陽(yáng)極上生長(zhǎng)的針狀結(jié)構(gòu)，稱為樹(shù)突，會(huì)導(dǎo)致電池快速降解，短路，甚至起火或爆炸。

研究人員最近在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

在之前的鈉硫電池電解質(zhì)中，硫形成的中間化合物會(huì)溶解在液體電解質(zhì)中，并在電池的兩個(gè)電極之間遷移。這種動(dòng)態(tài)，被稱為穿梭，可以導(dǎo)致材料損失，組件退化和樹(shù)突形成。

研究人員發(fā)明了一種能防止硫溶解的電解質(zhì)，從而解決了穿梭和樹(shù)突的問(wèn)題。這使電池的壽命周期更長(zhǎng)，在300次充放電循環(huán)以上表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。

當(dāng)你在水中放很多糖，它就會(huì)變成糖漿。并不是所有的東西都能溶解掉，有些東西是一半聯(lián)系，一半溶解的。在電池中，我們希望它處于半溶解狀態(tài)。

新型電池電解液的設(shè)計(jì)思路與此類似:用惰性的、不參與的溶劑稀釋濃鹽溶液，保持“半溶解”狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種電解質(zhì)防止了電極上不必要的反應(yīng)，從而延長(zhǎng)了電池的壽命。

在過(guò)去的一年中，鋰的價(jià)格一路飆升，凸顯了替代能源的需求。鋰礦因其對(duì)環(huán)境的影響而受到批評(píng)，包括大量地下水的使用、土壤和水污染以及碳排放。相比之下，鈉可以在海洋中獲得，更便宜，更環(huán)保。

鋰離子電池通常也使用鈷，鈷價(jià)格昂貴，主要在非洲剛果民主共和國(guó)開(kāi)采，對(duì)人類健康和環(huán)境有重大影響。去年，Manthiram展示了一種無(wú)鈷鋰離子電池。

研究人員計(jì)劃在他們的突破的基礎(chǔ)上，用更大的電池測(cè)試它，看看它是否可以適用于技術(shù)，比如電動(dòng)汽車和風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生資源的存儲(chǔ)。