研究人员发明新型钠离子导体 可用于固态钠离子电池

据外媒报道,研究人员设计和发明出一种可用于固态钠离子电池的新型钠离子导体。该导体与高电压氧化物阴极结合时可保持稳定,从而大大提高此类电池的效率和使用寿命。据悉,用这种新材料制造的概念电池可循环超过1000次,同时保持高达89.3%的容量,性能远超其他固态钠电池。

固态电池有望成为更安全、便宜和持久的电池,特别是钠离子化学电池。因为钠成本低廉且含量丰富,而锂离子电池中的锂,不仅含量少,且开采成本高,破坏环境。此次研究的目的是制造出可用于大规模电网储能应用的电池,尤其是存储可再生能源产生的电力,从而缓解高峰需求。

(图片来源:Nature Communications)

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授、该论文通讯作者Shirley Meng表示:“工业界希望电池每千瓦时的成本为30至50美元,这大概是目前电池成本的三分之一至五分之一。而我们肯定会达到这个目标。”此次研究由加利福尼亚大学圣迭戈分校和圣塔芭芭拉分校、石溪大学、TCG研究与教育中心、印度加尔各答的TCG科技研究与教育中心和壳牌国际勘探有限公司共同完成。

通过在计算和实验间快速迭代,加州大学圣地亚哥分校的研究人员确定了一类由钠、钇、锆和氯化物组成的卤化钠导体,并将其命名为NYZC。它不仅具有电化学稳定性,还可与高压钠离子电池中使用的氧化物阴极化学相容。随后,该小组与加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的研究人员共同研究这种新材料的结构特性和性能。

NYZC是基于Na3YCl6研究而成,而这种材料并不是很好的钠导体。研究人员建议使用锆代替钇,这样可以产生空位并增加电池单元的体积,近而增加钠离子的传导性。研究人员还指出,随着体积的增加,这种新材料中的锆和氯离子结合会发生旋转运动,从而产生更多的钠离子传导途径。除可增加导电性外,该卤化物材料还比目前其他用于固态钠电池的材料更稳定。

研究人员表示:“以上发现表明卤化离子导体在固态钠离子电池应用中具有巨大潜力。同时,也证明大规模材料数据计算与机器学习相结合可能对材料发现过程产生重大影响。”接下来,研究人员将继续探索这些卤化物材料的其他替代品,提高电池的整体功率密度,并努力扩大生产。