美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)鈉鉀電池有望替代鋰電池

據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站6月19日?qǐng)?bào)道，從單次充電就能行駛數(shù)百英里的電動(dòng)汽車(chē)，到與汽油鋸一樣威力巨大的鏈鋸，每年都有利用電池技術(shù)最新進(jìn)步的新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。

但這種增長(zhǎng)勢(shì)頭導(dǎo)致人們擔(dān)心，世界上的鋰供應(yīng)可能最終會(huì)耗盡。鋰這種金屬是許多新型充電電池的核心材料。

報(bào)道稱(chēng)，現(xiàn)在，佐治亞理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了表明以鈉和鉀為基礎(chǔ)的電池有望成為鋰電池之潛在替代品的新證據(jù)。

喬治˙W˙伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院以及材料科學(xué)和工程學(xué)院的助理教授馬修˙麥克道爾說(shuō)：“鈉離子和鉀離子電池的最大障礙之一是，與其他電池相比，它們的衰減和老化速度往往較快，而儲(chǔ)存的能量較少。但我們發(fā)現(xiàn)，情況并非始終如此。”

報(bào)道稱(chēng)，研究團(tuán)隊(duì)研究了三種不同的離子——鋰、鈉和鉀——是如何與硫化鐵顆粒發(fā)生反應(yīng)的。這項(xiàng)研究得到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和能源部資助，相關(guān)論文于6月19日發(fā)表在《焦耳》雜志上。

在電池充電和放電時(shí)，離子會(huì)不斷與構(gòu)成電池電極的顆粒發(fā)生反應(yīng)，并穿透這些顆粒。這一反應(yīng)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致電極顆粒發(fā)生大量變化，通常會(huì)將它們粉碎成細(xì)微顆粒。由于鈉離子和鉀離子大于鋰離子，所以傳統(tǒng)上人們認(rèn)為，它們?cè)谂c顆粒發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的老化。

報(bào)道稱(chēng)，在實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)陔娮语@微鏡下直接觀(guān)察電池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，其中硫化鐵顆粒發(fā)揮電池電極的作用。研究人員發(fā)現(xiàn)，與鈉離子和鉀離子發(fā)生反應(yīng)的硫化鐵比與鋰離子發(fā)生反應(yīng)的硫化鐵更為穩(wěn)定，表明以鈉或鉀為基礎(chǔ)的電池壽命可能比預(yù)期的要長(zhǎng)得多。

與不同離子發(fā)生反應(yīng)的方式之間的差異顯而易見(jiàn)。在與鋰接觸時(shí)，硫化鐵在電子顯微鏡下看上去幾乎要爆炸一樣。與之相反，在與鈉和鉀接觸時(shí)，硫化鐵像氣球一樣慢慢膨脹。

佐治亞理工學(xué)院的研究生馬修˙伯賓格說(shuō)：“我們看到了一種非常穩(wěn)定、沒(méi)有發(fā)生斷裂的反應(yīng)。這表明，這種材料和其他類(lèi)似材料能被用于制造經(jīng)久耐用、具有更大穩(wěn)定性的新型電池。”

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