對(duì)鋰離子電池的依賴，會(huì)給人們帶來(lái)什么呢？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-09 10:27
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現(xiàn)在人們嚴(yán)重依賴鋰離子電池。在電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，鋰離子電池和鋰礦石的需求與日俱增。然而，鋰原料將被耗盡一天。那么會(huì)有一場(chǎng)能源災(zāi)難嗎？
因此，美國(guó)加州一所大學(xué)已經(jīng)轉(zhuǎn)向原料更豐富、材料更便宜的鈉離子電池。近年來(lái)，成功地解決了鈉離子電池充放電的“雜散”問(wèn)題，進(jìn)一步提高了電池的穩(wěn)定性和容量。
鈉在地殼含量和成本方面略優(yōu)于鋰。鈉的地殼含量為2.6%，排名第六，與27的鋰相比。據(jù)調(diào)查鋰和鈉在成本方面是100倍的差距，鋰大約是每公噸15000美元，鈉是150美元，顯然鈉在電池的使用上有更大的性價(jià)比，但是為什么鈉并沒(méi)有投入量產(chǎn)呢，為什么沒(méi)有商業(yè)化呢？
科學(xué)家已經(jīng)能夠控制鈉在水中的燃燒，但是在商業(yè)化的道路上，鈉離子電池仍然有一個(gè)很大的障礙要解決-鈉離子在電池充放電過(guò)程中容易“走丟”。
鈉離子電池以與鋰離子電池以相同的方式工作，主要是通過(guò)在陰極和陽(yáng)極之間移動(dòng)鈉離子，但是鈉離子在充電和放電過(guò)程中傾向于附著在陽(yáng)極上，而不是移動(dòng)到陰極。
這也被稱為固體電解質(zhì)界面（SEI），離子在石墨電極上形成厚度為一千毫米的膜，其保護(hù)碳顆粒免受酸性電解質(zhì)的有害反應(yīng)，并允許離子在電極和電解質(zhì)之間穿梭。美國(guó)加州某一大學(xué)化學(xué)工程副教授認(rèn)為SEI現(xiàn)象并不是壞事，但SEI膜太厚，無(wú)法消耗充電所需的鈉離子。
因此，此大學(xué)已經(jīng)提出了一種解決方案，如果鈉是粉末狀的，它提供了SEI與鈉，它需要保護(hù)碳顆粒，而不消耗充電和放電所需的鈉離子。
減少水鈉的接觸，團(tuán)隊(duì)嘗試在手套箱充氬氣，惰性氣體，利用超聲熔體的體積成牛奶狀液體，然后冷卻液，懸浮在正己烷溶液和允許鈉顆粒均勻分布。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與科學(xué)家的期望值非常吻合。滴幾滴鈉混懸液為陽(yáng)極或陰極后，有效地提高了充電和放電的穩(wěn)定性和鈉離子電池容量。Pol說(shuō)，只是一個(gè)輕微修改就可以使電極的過(guò)程中可以提高電池的性能，這其實(shí)就是另一種方式來(lái)幫助鈉離子電池的商業(yè)化。
可充電鋰離子電池包括兩個(gè)電極，這兩個(gè)電極浸沒(méi)在電解質(zhì)溶液中并被可滲透的聚合物膜分開(kāi)。當(dāng)鋰離子電池正在充電時(shí)，鋰離子通過(guò)聚合物膜從正極移動(dòng)到負(fù)極。在放電期間，鋰離子從陽(yáng)極返回到陰極。在此過(guò)程中，電子被發(fā)送到電子設(shè)備，在此過(guò)程中為其供電。
碳石墨是用于鋰離子電池的典型陽(yáng)極材料，因?yàn)樗哂锌梢栽谄鋵又g支撐和儲(chǔ)存小鋰離子的分層結(jié)構(gòu)。由于電池的工作電壓基于陰極和陽(yáng)極之間的電化學(xué)電勢(shì)的差異，因此陰極不能是石墨，并且鋰離子電池的大多數(shù)性能特征基于陰極材料。
陰極通過(guò)電化學(xué)嵌入存儲(chǔ)鋰離子; 鋰離子從陰極材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的晶格位置放入或拉出的順序。在最基本的陰極材料中有鋰 - 鈷 - 氧化物（Li-Co-O 2）。當(dāng)使用這種材料制成的電池充電時(shí)，鋰離子從氧化物中被拉出并插入石墨電極中。在放電期間，發(fā)生相反的過(guò)程。當(dāng)從陰極中的氧化物中除去鋰離子時(shí)，它具有正電荷，因此鈷改變其氧化態(tài)并且氧化物保持電中性。少量的鈷在氧化態(tài)從3變化到4，以彌補(bǔ)鋰離子的去除。
鋰，鈷 ，氧化物是一種嵌入化合物，鋰，鈷和氧以二維層排列：鋰層，然后是氧層，鈷層，不同氧層和不同層鋰。在嵌入化合物中，可以除去鋰，并且基本結(jié)構(gòu)應(yīng)保持不變。如果結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，將鋰重新投入使用變得非常具有挑戰(zhàn)性。鈷增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以在開(kāi)始變化之前容許約60％的鋰被去除，這在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生。
為了使鋰離子電池以可預(yù)測(cè)的方式運(yùn)行，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)保持不變。這使得這些電池可以使用數(shù)年至數(shù)十年。用相當(dāng)便宜的鎳替代鈷仍然會(huì)產(chǎn)生插層結(jié)構(gòu)。但是，如果從氧化鎳結(jié)構(gòu)中取出大量的鋰，它會(huì)釋放出相當(dāng)數(shù)量的氧，這可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)。對(duì)結(jié)構(gòu)具有顯著親和力的鋁可以包含在結(jié)構(gòu)中以減少危害。這平衡了結(jié)構(gòu)，但它減少了細(xì)胞的容量。
