美國芝加哥大學(xué)與新加坡科技研究局材料研究與工程研究所合作研制出一款鈉基固態(tài)電池。該電池能在零攝氏度以下低溫環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。這一突破有望增強(qiáng)鈉基固態(tài)電池的競爭力。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《焦耳》雜志。

固態(tài)電池是一種新型電池技術(shù)，其電解質(zhì)為固態(tài)而非液態(tài)。固態(tài)電池被視為電動汽車、電子設(shè)備及電網(wǎng)儲能的理想選擇，兼具高安全性與高性能。但目前大部分固態(tài)電池正負(fù)極材料中仍普遍含有鋰元素。而鋰資源不僅稀缺、價格昂貴，且開采過程還可能對環(huán)境造成破壞。

因此，越來越多研究將目光轉(zhuǎn)向資源豐富、成本較低且環(huán)境負(fù)擔(dān)較輕的替代材料——鈉。不過，盡管鈉基固態(tài)電池潛力巨大，但以往制備的固態(tài)鈉基電池在室溫和低溫條件下性能不盡如人意。最新研究顯著提升了鈉基固態(tài)電池的性能基準(zhǔn)，向?qū)嶋H應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。

研究團(tuán)隊通過將亞穩(wěn)態(tài)氫化硼酸鈉加熱至結(jié)晶溫度后迅速冷卻，成功穩(wěn)定了其晶體結(jié)構(gòu)。這一方法雖屬成熟工藝，卻是首次應(yīng)用于固體電解質(zhì)領(lǐng)域，其技術(shù)可行性有望加速該成果從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。

團(tuán)隊隨后將氫化硼酸鈉與涂覆氯化物基固體電解質(zhì)的O3型陰極結(jié)合，構(gòu)建出更厚的陰極結(jié)構(gòu)。與薄陰極設(shè)計相比，厚陰極可減少非活性材料比例，從而提升電池的能量密度。

此次該創(chuàng)新在于實現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài)氫化硼酸鈉的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這一結(jié)構(gòu)具備極高的離子電導(dǎo)率，比此前已報道的數(shù)值高出至少一個數(shù)量級，較其前體材料更是提高了三至四個數(shù)量級。這不僅是一項技術(shù)突破，更在電化學(xué)性能層面拉近了鈉與鋰的競爭距離，展現(xiàn)出重要的科學(xué)價值與應(yīng)用前景。