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科学家利用类似于分层糕点的制造技术开发全新环保电池材料

当涉及到可能提供更好性能的替代电池结构时,有许多令人兴奋的可能性和一个非常普遍的障碍。被称为枝晶的树枝状生长物在电极上形成,阻碍了许多有前景的实验性电池的性能,但是得克萨斯大学奥斯汀分校的一个团队正在提出一个特别环保的解决方案,他们利用一种类似于分层糕点的新型制造技术。

科学家利用类似于分层糕点的制造技术开发全新环保电池材料

这项研究的中心技术就是所谓的钠电池,这是一个有吸引力的提议,因为它们避开了今天的电池中使用的锂和钴等重金属。这些材料的开采与环境影响有关,如水供应的污染和土壤退化,此外还有与童工有关的人权问题。

相比之下,钠是廉价和丰富的,并有望成为更环保的能源储存解决方案。但是,使其性能达到今天的锂离子电池的努力一直受到一些问题的困扰,其中最主要的是枝晶的形成问题。这些枝晶往往在阳极上形成,阳极是储存充电电池中的离子的电极,当设备循环时,可能导致其短路、过热或起火。

其目的是尽可能均匀地沉积阳极材料,即使表面有轻微的缺陷,也会给枝晶提供它们所需的起点,从而使整个设备解体。得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员认为他们已经想出了解决这个问题的办法,他们已经通过将一种称为碲化锑金属间化合物的复合材料作为阳极来解决这个问题。

这是由金属钠的薄片形成的,这些薄片被卷在碲化锑粉末上,然后折叠起来。这个过程反复进行,以形成阳极材料,并导致钠原子的高度均匀分布,以减少枝晶形成的可能性。

设计这种材料的研究作者 David Mitlin说:“想想看,制作一种分层糕点,就像spanakopita。”

这种复合材料的作用不仅仅是防止枝晶的形成和提高钠电池的稳定性。科学家们指出,它比任何现有的钠离子阳极具有更高的理论能量密度,因此可以带来更大的存储容量,并且还可以使其以与锂离子电池相同的速度充电。

“我们基本上是同时解决了两个问题,”Mitlin说。“通常情况下,充电越快,生长的这些枝晶就越多。因此,如果你抑制枝晶的生长,你可以更快地充电和放电,因为突然间它就安全了。”

科学家们已经为该技术申请了专利,并在《先进材料》杂志上发表了他们的研究。

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