華盛頓大學開發(fā)穩(wěn)定、高效、無負極的鈉電池

華盛頓大學圣路易斯分校麥凱維工程學院能源、環(huán)境與化學工程系助理教授白鵬博士的實驗室開發(fā)了一種高效穩(wěn)定的鈉離子電池，因為剔除了過去認為必不可少的組件，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，制造成本更低，體積也更小。

這種新設(shè)計的電池，在負極一側(cè)只有作為集流器的銅箔，也就是說電池中沒有活性負極材料。離子并非流向負極，而是以金屬形態(tài)沉積在銅箔上，直至再次返回正極。首先，充電過程中鈉沉積在銅箔上，放電時再變成鈉離子，遷移至正極。研究發(fā)現(xiàn)，沒有枝晶形成，沒有指狀結(jié)構(gòu)；鍍層光滑，具有金屬光澤。這種堿金屬的這種生長模式從未觀察到過。

白鵬博士開發(fā)了一種獨特的透明毛細管電池，為研究電池提供了一種新方法。當電池出現(xiàn)故障時，為了確定是哪里出了問題，通常研究人員需打開查看。但這種事后觀察的辦法效率不高。電池的各種不穩(wěn)定在工作過程中逐漸累積，重要的是動態(tài)過程中的不穩(wěn)定，而且沒有方法對其進行表征。通過觀察這種無負極毛細管電池，可以清楚地看到，如果電解質(zhì)質(zhì)量控制不好，就會出現(xiàn)各種不穩(wěn)定情況，包括樹突的形成。實際上，問題歸結(jié)于電解質(zhì)中水的含量。堿金屬會與水發(fā)生反應(yīng)，所以該研究團隊降低了水的含量。在觀察電池運行過程中，研究人員很快發(fā)現(xiàn)了明亮光滑的鈉沉積。正是由于這種材料的平順性，不會形成不規(guī)則的枝晶。水含量控制很關(guān)鍵，水質(zhì)量分數(shù)必須低于10 μg/g。正因如此，該研究團隊不僅能制造出毛細管電池，還能制造出性能與標準鋰離子電池類似的工作電池，而且由于去掉了負極，占用的空間更小。