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用钠代替电池中的锂

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-16 】 点击次数:
来自NUST MISIS,俄罗斯科学院和Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的国际科学家团队发现,以特殊方式“堆叠”的钠(Na)可以代替锂(Li)用于电池生产。钠电池将比现有的锂电池便宜得多,并且具有同等甚至更大的容量。研究结果发表在《纳米能源》杂志上。
 
很难夸大锂离子电池在现代生活中的作用。这些电池无处不在:移动电话,笔记本电脑,照相机以及各种类型的车辆和太空飞船。锂离子电池于1991年进入市场,并于2019年因其对技术发展的革命性贡献而获得了诺贝尔化学奖。同时,锂是一种昂贵的碱金属,其储量在全球范围内是有限的。当前,没有远程有效的替代锂离子电池的替代品。由于锂是最轻的化学元素之一,因此更换锂来制造大容量电池非常困难。
 
由阿尔卡迪·克拉申尼科夫教授领导的俄罗斯科学院诺斯米克西斯分校和德累斯顿-罗森多夫海姆霍兹-德森·罗斯森多夫实验室的科学家团队提出了一种替代方案。他们发现,如果样品中的原子以某种方式“堆叠”,那么锂以外的碱金属也显示出高能量强度。锂最有希望的替代品是钠(Na),因为在双线石墨烯三明治中两层钠原子排列显示出的阳极容量可与锂离子电池中常规石墨阳极的容量相媲美-相对于335 mA * h / g锂为372 mA * h / g。但是,钠比锂更常见,因此更便宜且更容易获得。
 
堆叠原子的一种特殊方法实际上是将它们一个放在另一个之上。通过在高压下将原子从一块金属转移到两片石墨烯之间的空间来创建这种结构,这可以模拟电池的充电过程。最后,它看起来像一个三明治,由一层碳,两层碱金属和另一层碳组成。
 
NUST MISIS无机纳米材料实验室的研究员Ilya Chepkasov表示:“长期以来,人们认为电池中的锂原子只能位于一层,否则系统将变得不稳定。尽管如此,我们最近的实验德国同事表明,通过精心选择方法,可以在石墨烯层之间创建多层稳定的锂结构,这为提高此类结构的容量开辟了广阔的前景,因此,我们对研究形成多层结构的可能性感兴趣与其他碱金属(包括钠)一起使用计算机模拟。”
 
NUST MISIS无机纳米材料和RAS实验室的高级研究员Zakhar Popov说:“我们的模拟表明,锂原子与石墨烯的结合更为牢固,但是增加锂的层数会导致稳定性降低。以钠为例-随着钠层数的增加,这种结构的稳定性增加,因此我们希望可以在实验中获得这种材料。”
 
研究小组的下一步是创建实验样品并在实验室中进行研究。这将在德国斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所进行处理。如果成功的话,它将导致新一代的Na电池,其价格将比锂离子电池便宜得多,并且具有同等甚至更大的容量。
 

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