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研究人员以动物骨骼为灵感开发钠正极 提高电池稳定性

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58京牌 钠离子电池有望取代锂离子电池,用于大规模储能设施。与锂离子电池相比,它具有比能量高、安全性能好等优点,尤其是钠储量丰富。然而,钠正极较难开发,因为电子通过正极材料进入电池中,许多候选材料不稳定或无法承受高压。

(图片来源:AIP)

,为了找到解决方案,成均馆大学(Sungkyunkwan University)、得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)和布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的研究人员着眼于自然,以哺乳动物骨骼为灵感开发钠正极。

研究人员Ho Seok Park表示:“我们相信,大自然为解决技术问题提供了很有希望的解决方案。我们希望能找到理想架构,解决这些动力学和稳定性方面的局限性。”

哺乳动物的骨骼结构由内部多孔的海绵骨组成,可以储存和运输骨髓。其周围是坚硬、致密的骨骼,可在严重的应力下保持机械和结构的完整性。根据这一设计架构,该团队开发出由Na3V2(PO4)3结构(也称为NVP)组成的多孔系统,其周围环绕着一层致密的还原氧化石墨烯(rGO)外壳。NVP是一种能快速传输钠离子的钠正极材料,但结构不稳定。

这种骨状构造有助于提高系统的结构完整性,减少由电化学和机械应力造成的永久性损坏。同时,NVP和rGO相结合,为钠离子创造了更为有利的环境,从而提高体系的稳定性。电池可以以超高倍率充电,并在10000次充放电循环后,保持90%以上的容量,当然这取决于充电倍率。

然而,研究人员指出,这项工作目前尚处于概念验证阶段。要实现技术应用,还需要做更多的工作。Park表示:“为了更实际的应用,需要大规模合成骨启发NVP,优化其成分和结构,以及制造和测试大面积高载荷电极。”

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