科學家研發「模擬骨骼的鈉電池」,能在充放電 1 萬次後保有 91% 的電容量

骨骼示意圖,非文中所述鈉電池

在電動車、再生能源的時代,電池扮演舉足輕重的儲能地位,然而現階段的鋰電池卻有易燃、汙染性高等缺點。近日,韓國成均館大學(Sungkyunkwan University)化工研究團隊研發一種模擬哺乳動物骨骼的鈉電池,能在充放電 1 萬次後保有 91% 的電容量,為儲能提供新的解決方案。

研究團隊將論文發表在《Applied Physics Reviews》期刊。

研究論文 傳送門

研究團隊參考哺乳類骨骼,讓鈉電池保持結構完整性

相較於鋰,鈉元素的儲量更為豐富,分布也較廣泛,因此科學界已積極研究鈉離子電池的可能性;然而鈉陰極在高壓下極不穩定,科學家也未能找到高性能的鈉陰極材料,鈉電池發展遇到瓶頸。

但成均館大學的研究突破這項瓶頸。研究團隊表示,之所以選擇哺乳動物骨骼作為鈉電池陰極的參照模型,在於它們由雙重材質組成:骨骼外部是堅硬的鈣,而骨骼內部(骨髓)則是多孔、柔軟、有彈性的海綿狀物質。這產生了軟硬複合效果,讓骨骼能承受身體重量,同時在壓力下能具備彈性,保持結構完整性。

研究團隊使用氧化石墨烯來模擬骨骼的堅硬外部,並使用名為 NVP 的多孔材料來模擬骨髓,研發出聚陰離子 Na3V2(PO4)3 還原氧化石墨烯複合材料(BI-NVP)陰極電池,讓鈉電池保持結構完整性。而聚陰離子化合物也有較佳的循環穩定性與熱穩定性,以及更平均的電壓分布。

進行 1 萬次的充放電循環後,鈉電池仍保有 91% 的電容量

根據測試,該鈉電池能在 3.6 秒內達到高充電速率。在 1C 的充電速率下,BI-NVP 能具有理論容量的 97%;而在 200C 的超高速率下,它也能保持電壓平穩。此外,在 50C 之下進行 1 萬次的充放電循環後,鈉電池仍維持 91% 的容量,而鋰電池只能進行 400 到 1200 次的循環。

雖然實驗取得初步成功,但仍處於概念驗證的階段。研究團隊成員 Ho Seok Park 表示,未來需要進行大規模的綜合研究,以了解鈉電池在更多應用場景的表現,探討取代鋰電池的可能性。

參考資料

Applied Physics Reviews》、《INVERSE

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Wikimedia Commons

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