电话，笔记本电脑，电动车 - 电池无处不在。为了满足当今消费者的期望，这些电池越来越轻，功能越来越强大，设计使用寿命更长。目前，用于这些应用的最重要的技术是锂离子电池技术：但该技术昂贵且含有易燃液体，当电池被滥用时可能存在安全隐患。为了满足新兴市场(例如电动汽车和可再生能源存储)不断增长的需求，来自Empa，瑞士联邦材料科学与技术实验室和日内瓦大学(UNIGE)的研究人员设计了一个新的电池原型：被称为“全固态” 这种电池有可能储存更多能量，同时保持高安全性和可靠性水平。此外，电池基于钠，锂是一种廉价的替代品。在期刊中更详细地阅读有关研究的内容能源与环境科学。
要使电池工作，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。今天我们电子设备中使用的大多数电池都是基于锂离子。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 - 一种可能导致电池短路的微观石笋，可能引起火灾 - 商用电池中的阳极由石墨而不是金属锂制成，即使这种超轻金属会增加可存储的能量。
Empa和UNIGE的研究人员专注于“稳固”电池的优势，以应对新兴市场日益增长的需求，并使电池具有更好的性能：更快的充电速度以及更高的存储容量和更高的安全性。他们的电池使用固体而不是液体电解质，通过阻止树枝状晶体的形成来使用金属阳极，从而可以在保证安全的同时储存更多能量。
一种不易燃的固体钠电池
“但我们仍然必须找到一种合适的固体离子导体，它既无毒又具有化学和热稳定性，并且可以使钠在阳极和阴极之间轻易移动，”Hans Hagemann教授解释道。在UNIGE科学学院的物理化学系。研究人员发现硼基物质是一种可以使钠离子自由循环的硼基物质。此外，由于闭合硼烷是一种无机导体，它可以消除电池在充电时着火的风险。换句话说，它是一种材料，具有许多有前途的特性。
“困难在于电池的三层之间建立紧密接触：阳极，由固体金属钠组成;阴极，混合钠铬氧化物;和电解质，闭合硼烷，”Empa's Materials的研究员LéoDuchêne表示。能源转换实验室和UNIGE理学院物理化学系博士生。在添加氧化钠铬粉末之前，研究人员将部分电池电解液溶解在溶剂中。一旦溶剂蒸发，它们将阴极粉末复合物与电解质和阳极堆叠，压缩各层以形成电池。
Empa和UNIGE的研究人员随后对电池进行了测试。“我们在这里使用的电解质的电化学稳定性可以承受三伏电压，而之前研究过的许多固体电解质在同一电压下都会受到损坏，”Empa的研究员兼项目负责人Arndt Remhof表示，该项目得到了支持。瑞士国家科学基金会(SNSF)和瑞士热电储存能源研究能力中心(SCCER-HaE)。科学家们还对电池进行了250多次充放电循环测试，之后85%的能量仍然有效。“但在电池投放市场之前需要1,200个周期，”研究人员说。“此外，我们仍然需要在室温下测试电池，以便我们确认是否形成树突，同时增加电压甚至更多。我们的实验仍在进行中。
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