制造混亂只為研發“理想”電池 可以在室溫下工作

目前，為電子設備和電動汽車提供動力的鋰電池有許多缺點。例如，電解液(一種能使電子和正電荷在電極之間移動的介質)是易燃液體。此外，電池所用的鋰是一種有限的資源。近日，瑞士日內瓦大學(UNIGE)結晶學專家開發了一種不易燃的固態電解質，后者可以在室溫下工作。

該電池的輸送工具是地球上隨處可見的鈉，而不是鋰。研究人員認為，這是一個成功的組合，也意味著有可能制造出更強大的電池。這些“理想”電池的性質將基于電解質的晶體結構，即由硼和氫組成的硼酸鹽。UNIGE研究小組在Cell Reports Physical Science上發表了制造固體電解質的相關策略。

對于可持續發展來說，儲存能源的挑戰是巨大的。事實上，電動汽車的發展有賴于強大、安全的電池的存在，正如太陽能和風能等可再生能源的發展有賴于能源存儲能力一樣。鋰電池是當前解決這些挑戰的答案。不幸的是，鋰需要液態電解質，一旦發生泄漏，這些電解質具有高度爆炸性，且鋰在地球上并不是隨處可見的。UNIGE博士后研究員Fabrizio Murgia認為，鈉是替代鋰的一個很好的選擇，因為它的化學和物理性質接近鋰，而且隨處可見。

這兩種元素——鈉和鋰——在元素周期表中相距很近。“問題是鈉比它的兄弟鋰重。這意味著它很難在電池電解液中行走。”論文第一作者、UNIGE博士后研究員Matteo Brighi補充說。2013年和2014年，日本和美國的研究小組發現，在超過120攝氏度的溫度下，硼酸鹽是良好的鈉導體。但對于日常使用的電池來說，這個溫度過高了。

于是，UNIGE結晶學家開始著手降低傳導溫度，成功地用硼酸鹽作為電解質，且從室溫到250攝氏度沒有安全問題。該項目負責人Radovan Cerny表示，更重要的是，它們抵抗更高的電位差，這意味著電池可以存儲更多的能量。”

研究人員強調，該論文提供了可以用來產生和破壞硼酸鹽結構的案例。硼酸鹽的結構允許硼球和帶負電荷的氫出現。這些球形空間為帶正電荷的鈉離子留下了足夠的空間。“然而，由于負電荷和正電荷相互吸引，我們需要在結構中制造混亂來擾亂硼酸鹽并允許鈉移動。”Brighi說。