《瑞士尝试用钠镁材料替代锂开发蓄电池》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 姜山
  • 发布时间:2017-05-23
  • 锂电池目前已获得广泛应用,但其具有明显的缺点,一是含锂的材料来源有限,二是目前锂电池中使用可燃的液态电解液,易燃易爆,安全风险较大。在瑞士国家科研基金会的支持下,瑞士联邦材料研究所、日内瓦大学、保罗谢尔研究所自2015年起联合展开了一项科研项目,尝试用钠镁材料替代锂开发蓄电池,取得阶段性成果。

      科研团队提出一种全固体蓄电池设计,电池中使用的是固体电解质而不是一般常用的液态电解质,这种固态电解质是具有晶体结构的含钠离子或镁离子的化合物,钠离子和镁离子可在其中运动,由带正电荷的离子在电池电极间的运动实现电子的转移产生电流。  

      根据实验结果,在常温(摄氏20度)下,钠离子即可在固体电解质中运动,而且固体电解质不会燃烧,并在摄氏300度环境下仍保持化学稳定性,因此安全性大大增加。因钠元素材料的来源广泛,与锂材料相比几乎是无限的。虽然钠材料制成的电池储存电能的密度比锂电池小,但在对储能单元体积要求不高的场合仍具有替代锂电池的可能,因此这一结果具有很重要的应用价值。

      针对镁材料开发的固体电解质也具有良好性能,镁离子在摄氏70度条件下可在其中运动。相比早期的一些研究结果,获得同样的导电性能需要摄氏400度的条件,科研人员认为是在正确的方向上取得了重大进步,展示了进一步改进的潜力和可行性。考虑到镁离子比锂离子携带的电荷多一倍,材料来源较多,化学稳定性更好,用镁取代锂作为电池材料具有更加诱人的前景。

    来源:科技部http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201705/t20170517_132832.htm

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    • 盖世汽车讯 据外媒报道,瑞士联邦材料测试与开发研究所(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology,EMPA)与瑞士日内瓦大学(University of Geneva,UNIGE)的研究人员设计了新款全固态(all-solid-state)电池样品,该款电池能够存储更多的电能,同时确保电池的安全性及可靠性。此外,该款电池采用钠材料,作为锂的廉价替代品。 电池的正常工作与以下三个部件密切相关:阳极(负极)、阴极(正极)及电解质(electrolyte)。 当今电子设备所采用的电池均为锂离子电池。当电池放电时,锂离子将从阴极流向阳极。 尽管锂金属分量极轻,可提升电池的储能,但为防止形成锂树突(锂枝晶,lithium dendrites),从而导致电池短路乃至造成电池起火,商用电池阳极通常采用石墨而非锂金属。 为此,研究人员将重心放到了“固态”电池的优点上,旨在应对新兴市场高企的需求并进一步提升电池的性能:提升充电速度、储能并提高电池的安全性。新款电池采用了固态电解质,为防止树突的形成,采用了金属阳极,在提升储能的同时确保了电池的安全性。 不易燃的固态钠电池(solid sodium battery) 轻量化,黑科技,前瞻技术,全固态钠电池,固态电池亚铬酸钠,瑞士全固态电池研发 日内瓦大学理学院(UNIGE’s Faculty of Sciences)物理化学专业的Hans Hagemann教授解释道:“但目前还务必要找到一款适合的固态离子导体,且确保该材质无毒、化学及热能性质稳定,使钠离子能够自由地在电池的两极之间移动。” 研究人员研发了一款硼基物质——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5,这是一种闭合型的硼,使钠离子能够自由流动。此外,由于该物质是无机导体,避免了充电起火的风险。换言之,该材料的特性颇具前景。 EMPA能量转换材料实验室(Materials for Energy Conversion Laboratory)研究员兼UNIGE理学院博士生Léo Duchêne表示:“难点在于要建立电池三大层级(固态钠金属构成的阳极、亚铬酸钠(NaCrO2)构成的阴极、闭合型硼构成的电解质)间的紧密联系。” 研究人员将部分电解质溶解于溶剂中,然后加入了亚铬酸钠(NaCrO2)粉末。当溶剂蒸发后,将阴极、电解质及阳极堆叠后,将各层压紧后形成该款固态钠电池。 两家研究机构的人员随后对该款电池进行了测试。EMPA研究人员兼该项目负责人Arndt Remhof表示:“团队所采用的电解质的电化学性能稳定,可耐受3V电压,这是鉴于在同等电压下,许多早前测试的固态电池会损坏。”该研究项目由瑞士国家科学基金会(Swiss National Science Foundation,SNSF)及瑞士热电储能能源研究中心(Swiss Competence Centre for Energy Research on Heat and Electricity Storage,SCCER-HaE)。 研究人员补充道:“目前已进行了250多次的电池充放电试验,目前的电池容量为早前的85%,且电池功能正常。但如果要投放市场的话,还需要再进行1200次充放电试验。此外,我们还需要在室温下测试该款电池,从而确认是否有树突生成,并调高电压进行测试。目前,各项试验均在进行中。”(本文图片选自日内瓦大学官网及greencarcongress.com)
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