美國(guó)科學(xué)家最新研制出全球首個(gè)無(wú)陽(yáng)極鈉固態(tài)電池。這一成果有助開發(fā)出廉價(jià)且能快速充電的大容量電池，以用于電動(dòng)汽車和電網(wǎng)。相關(guān)研究論文發(fā)表于最新一期《自然·能源》雜志。

鋰基電池已成為電動(dòng)汽車和移動(dòng)設(shè)備的標(biāo)配，但其性能受到多方面因素制約。首先，鋰在地殼中的儲(chǔ)量有限。另外，鋰離子電池需求激增，導(dǎo)致鋰的價(jià)格不斷攀升。而鈉在地殼中的儲(chǔ)量約為鋰的1000倍，同時(shí)也是一種更環(huán)保的電池材料。

傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)包括一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極。在充電過程中，陽(yáng)極儲(chǔ)存離子。在放電過程中，離子從陽(yáng)極通過電解質(zhì)流到集電器(陰極)，為設(shè)備和汽車供電。而在無(wú)陽(yáng)極電池中，離子直接在集電器表面通過堿金屬的電化學(xué)沉積來(lái)存儲(chǔ)。這種方法不僅提高了電池的電壓和能量密度，還降低了成本，但也會(huì)帶來(lái)新挑戰(zhàn)。

論文第一作者、美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校格雷森·戴伊謝爾解釋稱，在無(wú)陽(yáng)極電池中，電解質(zhì)和集電器之間需要保持良好的接觸。使用液體電解質(zhì)容易做到這一點(diǎn)，因?yàn)橐后w能四處流動(dòng)，而固體電解質(zhì)無(wú)法做到。但液體電解質(zhì)在消耗活性材料的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生固體電解質(zhì)界面堆積物，導(dǎo)致電池性能降低。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，開發(fā)出一種新型鈉電池架構(gòu)：他們采用了具有類似液體流動(dòng)性的固體鋁粉來(lái)構(gòu)建集電器。在電池組裝過程中，鋁粉在高壓下變得致密，形成固體集電器，同時(shí)與電解質(zhì)保持類似液體的接觸，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的充放電循環(huán)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，新研制出來(lái)的鈉電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可循環(huán)數(shù)百次。去除陽(yáng)極并用鈉代替鋰，使新型電池的生產(chǎn)過程變得更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。創(chuàng)新性的固態(tài)設(shè)計(jì)也提高了電池的安全性。

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