“全固态”电池提供更好的性能和提高安全性

固体钠电池的组成。© empa.

手机，笔记本电脑，电动车 - 电池到处都是。为了满足当今消费者的期望，这些电池越来越轻，更强大，旨在持续时间。目前这些应用的最重要技术是锂离子电池技术：但是该技术昂贵并含有易燃液体，当电池被滥用时，可能代表安全危险。为了满足新兴市场的需求不断增长（例如，电动汽车和可再生能源存储），来自EMPA的研究人员，材料科学和技术的瑞士联邦实验室以及日内瓦大学（Unige），瑞士，设计了一个新的电池原型：被称为“全固态”，该电池具有潜力，可在保持高安全性和可靠性水平的同时存储更多能量。此外，电池基于钠，是锂的廉价替代品。在期刊能源与环境科学中更详细地阅读了研究。

对于要工作的电池，它必须具有以下三个关键部件：阳极（负极），阴极（正极）和电解质。我们的电子设备中使用的大多数电池基于锂离子。当电池充电时，锂离子离开阴极并移动到阳极。为了防止锂枝晶形成 - 一种可以引起可能导致火灾的电池中的短路的一种微观石笋 - 商用电池中的阳极是由石墨而不是金属锂制成，即使这种超灯金属会增加量可以存储的能量。

EMPA和UniGe研究人员专注于“坚实”电池的优势，以应对新兴市场的需求增强，并使电池具有更好的性能：更快地充电，储存容量增加，安全提高。它们的电池使用固体而不是液体电解质，使得通过阻挡枝晶的形成来使用金属阳极，使得可以在保证安全的同时存储更多能量。

不易燃固体钠电池

“但我们仍然必须找到合适的固体离子导体，以及无毒，化学和热稳定，并且可以让钠在阳极和阴极之间轻松移动，”汉斯·赫·汉曼（Hans Hagemann）解释说在Unige的科学学院的物理化学系。研究人员发现，硼基物质是硼烷 - 硼烷，使钠离子自由循环。此外，由于磁石硼烷是无机导体，因此它消除了充电时电池捕获火灾的风险。它是一种材料，换句话说，具有许多有前途的特性。

“难以在电池三层之间建立紧密接触：阳极，由固体金属钠组成;阴极，混合氧化铬;和电解质，博纳，“Empa的能源转换实验室材料材料的研究员Léoduchêne，在Unige的科学学院的物理化学系中的博士学位。在加入氧化氢氧化钠粉末之前，研究人员在溶剂中溶解在溶剂中的一部分电池电解质。一旦溶剂蒸发，它们用电解质和阳极堆叠了阴极粉末复合物，压缩各个层以形成电池。

EMPA和Unige的研究人员随后测试了电池。“我们使用的电解质的电化学稳定性可以承受三个伏特，而先前研究的许多固体电解质以相同的电压损坏，”EMPA和项目领导者的研究员Arndt Remhof说：支持瑞士国家科学基金会（SNSF）和瑞士热电储存能源研究能源研究中心（SCER-HAE）。科学家们还测试了超过250充放电循环的电池，之后的85％的能量容量仍然是正常的。“但研究人员表示，它需要在市场上放电之前需要1,200个周期。“此外，我们仍然必须在室温下测试电池，以便我们可以确认枝形曲线是否形式，同时增加更多的电压。我们的实验仍在继续。“

出版物：Léoduchêne，等，“基于开盘硼酸盐电解质的稳定3 V全固态钠离子电池，”2017年能源与环境科学“; DOI：10.1039 / c7ee02420g