瑞士科学家研发硼酸盐结构—“理想”电池

  • 2020年10月20日
  • 作者: UNIGE结晶学专家

    UNIGE结晶学专家

    UNIGE结晶学专家,瑞士日内瓦大学

    瑞士日内瓦大学

图片来源:互联网

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目前,为电子设备和电动汽车提供动力的锂电池有许多缺点。例如,电解液(一种能使电子和正电荷在电极之间移动的介质)是易燃液体。此外,电池所用的锂是一种有限资源。近日,瑞士日内瓦大学(UNIGE)结晶学专家开发了一种不易燃的固态电解质,后者可以在室温下工作。

该电池的输送工具是地球上随处可见的钠,而不是锂。研究人员认为,这是一个成功的组合,也意味着有可能制造出更强大的电池。这些“理想”电池的性质将基于电解质的晶体结构,即由硼和氢组成的硼酸盐。UNIGE研究小组在《细胞—物理科学报告》上发表了制造固体电解质的相关策略。

对于可持续发展来说,储存能源的挑战是巨大的。事实上,电动汽车的发展有赖于强大、安全的电池的存在,正如太阳能和风能等可再生能源的发展有赖于能源存储能力一样。锂电池是当前解决这些挑战的答案。不幸的是,锂需要液态电解质,一旦发生泄漏,这些电解质具有高度爆炸性,且锂在地球上并不是随处可见的。UNIGE博士后研究员Fabrizio Murgia认为,钠是替代锂的一个很好的选择,因为它的化学和物理性质接近锂,而且随处可见。

这两种元素——钠和锂——在元素周期表中相距很近。“问题是钠比它的兄弟锂重。这意味着它很难在电池电解液中行走。”论文第一作者、UNIGE博士后研究员Matteo Brighi补充说。2013年和2014年,日本和美国的研究小组发现,在超过120摄氏度的温度下,硼酸盐是良好的钠导体。但对于日常使用的电池来说,这个温度过高了。

于是,UNIGE结晶学家开始着手降低传导温度,最终成功地用硼酸盐作为电解质,且从室温到250摄氏度没有安全问题。该项目负责人Radovan Cerny表示,更重要的是,它们能抵抗更高的电位差,这意味着电池可存储更多的能量。

研究人员强调,该论文提供了可以用来产生和破坏硼酸盐结构的案例。硼酸盐的结构允许硼球和带负电荷的氢出现。这些球形结构为带正电荷的钠离子留下了足够的空间。“然而,由于负电荷和正电荷相互吸引,我们需要在结构中制造混乱来扰乱硼酸盐并允许钠移动。”Brighi说。(唐一尘)

相关论文信息:

http://dx.doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100217

来源:《中国科学报》

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