隨著智能手機(jī)和其他可充電設(shè)備鋰離子電池的普及，很難想象用什么來替代。但鋰價(jià)格的上漲促使人們一直尋找替代品。目前，一種使用豐富的、現(xiàn)成的海水制成電池的技術(shù)給我們帶來了希望。這項(xiàng)研究發(fā)表在《應(yīng)用材料》雜志上。

 

鈉-空氣或鈉-氧電池被認(rèn)為是當(dāng)今替代鋰電池最有前途，也是最具成本效益的作品。但在實(shí)現(xiàn)商業(yè)用途之前，還存在一些挑戰(zhàn)。來自韓國(guó)的研究人員們一直在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，他們將海水作為陰極電解質(zhì)，在電池中，電解質(zhì)是允許電荷在陰極和陽(yáng)極之間流動(dòng)的元件。海水不斷的流入和流出，為電池提供了鈉離子，而水負(fù)責(zé)產(chǎn)生電荷。然而，這些反應(yīng)遲緩，因此研究人員想要找到一種方法來加速它們。

 

對(duì)于他們的新電池，研究小組用多孔鈷錳氧化物納米顆粒制備催化劑。孔隙形成一個(gè)很大的表面積，以鼓勵(lì)產(chǎn)生電荷所需的電化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)硬碳電極作為陽(yáng)極。結(jié)果電池在100多個(gè)周期內(nèi)有效運(yùn)行，平均放電電壓約為2.7伏特。研究人員說，這還沒有達(dá)到鋰離子電池的水平，鋰離子電池可以達(dá)到3.6到4.0伏特，但這一進(jìn)步正在接近彌合差距。近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心清潔能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室E01組博士生容曉暉在研究員胡勇勝、副研究員禹習(xí)謙和研究員谷林的指導(dǎo)下，在Cell Press旗下的能源期刊Joule上發(fā)表最新研究成果“Anionic Redox Reaction Induced High-Capacity and Low-Strain Cathode with Suppressed Phase-Transition”。研究者基于前期的陰離子氧化還原的研究基礎(chǔ)（Joule, 2, 125-140, 2018），設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)和組成為P2-Na0.72[Li0.24Mn0.76]O2的鈉離子電池正極材料，發(fā)現(xiàn)組裝的半電池在1.5-4.5 V之間具有~270 mAh/g的超高可逆比容量，能量密度可達(dá)700 Wh/kg，是目前已知具有最高能量密度的鈉離子電池正極材料。后與美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士胡恩源和教授楊曉青、法國(guó)波爾多大學(xué)教授Claude Delmas等深度合作，通過中子散射、同步輻射技術(shù)等先進(jìn)表征手段細(xì)致研究了該材料的電荷補(bǔ)償機(jī)制和結(jié)構(gòu)演化過程，并發(fā)現(xiàn)了陰離子氧化還原機(jī)制不但可以提供額外的容量，還具有穩(wěn)定鈉離子電池層狀結(jié)構(gòu)、減小體積應(yīng)變的作用，這是該材料具有超高比容量的內(nèi)在原因。