據(jù)外媒報(bào)道，研究人員設(shè)計(jì)和發(fā)明出一種可用于固態(tài)鈉離子電池的新型鈉離子導(dǎo)體。該導(dǎo)體與高電壓氧化物陰極結(jié)合時(shí)可保持穩(wěn)定，從而大大提高此類電池的效率和使用壽命。據(jù)悉，用這種新材料制造的概念電池可循環(huán)超過1000次，同時(shí)保持高達(dá)89.3%的容量，性能遠(yuǎn)超其他固態(tài)鈉電池。

固態(tài)電池有望成為更安全、便宜和持久的電池，特別是鈉離子化學(xué)電池。因?yàn)殁c成本低廉且含量豐富，而鋰離子電池中的鋰，不僅含量少，且開采成本高，破壞環(huán)境。此次研究的目的是制造出可用于大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用的電池，尤其是存儲(chǔ)可再生能源產(chǎn)生的電力，從而緩解高峰需求。


加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程學(xué)教授、該論文通訊作者Shirley Meng表示：“工業(yè)界希望電池每千瓦時(shí)的成本為30至50美元，這大概是目前電池成本的三分之一至五分之一。而我們肯定會(huì)達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。”此次研究由加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校和圣塔芭芭拉分校、石溪大學(xué)、TCG研究與教育中心、印度加爾各答的TCG科技研究與教育中心和殼牌國際勘探有限公司共同完成。

通過在計(jì)算和實(shí)驗(yàn)間快速迭代，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員確定了一類由鈉、釔、鋯和氯化物組成的鹵化鈉導(dǎo)體，并將其命名為NYZC。它不僅具有電化學(xué)穩(wěn)定性，還可與高壓鈉離子電池中使用的氧化物陰極化學(xué)相容。隨后，該小組與加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的研究人員共同研究這種新材料的結(jié)構(gòu)特性和性能。

NYZC是基于Na3YCl6研究而成，而這種材料并不是很好的鈉導(dǎo)體。研究人員建議使用鋯代替釔，這樣可以產(chǎn)生空位并增加電池單元的體積，近而增加鈉離子的傳導(dǎo)性。研究人員還指出，隨著體積的增加，這種新材料中的鋯和氯離子結(jié)合會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生更多的鈉離子傳導(dǎo)途徑。除可增加導(dǎo)電性外，該鹵化物材料還比目前其他用于固態(tài)鈉電池的材料更穩(wěn)定。

研究人員表示：“以上發(fā)現(xiàn)表明鹵化離子導(dǎo)體在固態(tài)鈉離子電池應(yīng)用中具有巨大潛力。同時(shí)，也證明大規(guī)模材料數(shù)據(jù)計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合可能對(duì)材料發(fā)現(xiàn)過程產(chǎn)生重大影響。”接下來，研究人員將繼續(xù)探索這些鹵化物材料的其他替代品，提高電池的整體功率密度，并努力擴(kuò)大生產(chǎn)。