瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险

新能源汽车讯 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）

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）