电池产业变天?俄科学家研发出新型钠离子电池,能量密度高且可耐低温

王饱饱 1周前 (08-03)

电池新科技。

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由于锂价格比一年前高出五倍以上,Skoltech和罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的研究人员开发了一种钠离子电池材料,为日益昂贵的锂离子电池提供了一种替代品。新材料是具有特定晶体结构的磷酸钒氟化钠粉末。它用于电池阴极,提供创纪录的高储能容量,消除了新兴钠离子技术的瓶颈之一。研究结果在Nature Communications上报道。

锂离子电池无处不在:除其他外,它们为便携式电子产品和电动汽车提供动力,并存储风电场产生的能量,以平衡不规则的风模式。然而,仅依靠锂是有风险的,因为它的化学品变得越来越昂贵,它们的生产相当肮脏,而且矿石矿床在世界各地分布不均。在元素周期表中,更丰富的碱金属钠可以作为锂的可能替代品。

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到目前为止,钠离子电池技术相对较新,虽然电池单元的基本结构相同,但主要成分必须使用不同的材料。其中,阴极对电池特性至关重要。在他们最近的论文中,Skoltech和MSU研究人员提出了一种新的正极材料,可确保电池能量密度比目前的顶级竞争者高出10%-15%。

“我们的新材料和该行业最近部署的材料都被称为磷酸钠 - 氟化钒 - 它们由相同元素的原子组成。使它们不同的是这些原子是如何排列的,以及它们在化合物中所占的比例,“该研究的共同作者,Skoltech的助理教授Stanislav Fedotov说。

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“我们的材料也与阴极的分层材料类相媲美:它提供大致相同的电池容量和更高的稳定性,这意味着电池的使用寿命更长,成本效益更高,”Fedotov继续说道。值得注意的是,即使是对竞争材料的理论预测也达不到我们的实际性能,这远非微不足道,因为理论潜力从未完全实现。

根据科学家的说法,一旦再次对钠离子电池的高效材料进行研究,它们很可能会取代重型电动汽车(如公共汽车和卡车)以及风能,太阳能农场和其他地方的固定储能器中的锂离子蓄能器。

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“更高的储能能力只是这种材料的优点之一。它还使阴极能够在较低的环境温度下工作,这与俄罗斯特别相关,“Fedotov说。

Skoltech的研究实习生、该论文的主要作者Semyon Shraer分享了这项研究背后的想法的起源:“事实上,电池界倾向于通过经验——通过反复试验——或者通过测试大量材料的高通量研究——来寻找新材料。我们以不同的方式处理它,并赞成合理的固态化学设计。这意味着我们依靠硬科学,使用固态化学的基本定律和原理来获得具有所需性能的材料。

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“理论上的考虑使我们找到了一种可能提供高储能能力的材料的基本公式,”他继续说道。“然后,我们需要确定哪种晶体结构可以释放这种潜力。我们选择的那个被称为KTP型框架,它来自非线性光学元件 - 这在电池工程中并不常见。经过仔细的思考和理论化,我们意识到这种具有特定晶体结构的特定化合物应该起作用。然后我们设法通过低温离子交换合成它。它就在那里,其优越的特性现在被实验证实了。

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