氫硼酸鹽晶體中鈉離子擴(kuò)散的三維表面。：UNIGE/Brighi

目前，為電子設(shè)備和電動(dòng)汽車供應(yīng)動(dòng)力的鋰電池有許多缺點(diǎn)。例如，電解液（一種能使電子和正電荷在電極之間移動(dòng)的介質(zhì)）是易燃液體。此外，電池所用的鋰是一種有限的資源。近日，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE）結(jié)晶學(xué)專家開發(fā)了一種不易燃的固態(tài)電解質(zhì)，后者可以在室溫下工作。

該電池的輸送工具是地球上隨處可見的鈉，而不是鋰。研究人員認(rèn)為，這是一個(gè)成功的組合，也意味著有可能制造出更強(qiáng)大的電池。這些理想電池的性質(zhì)將基于電解質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，即由硼和氫組成的硼酸鹽。UNIGE研究小組在CellReportsPhysicalScience上發(fā)表了制造固體電解質(zhì)的相關(guān)策略。

關(guān)于可持續(xù)發(fā)展來(lái)說，儲(chǔ)存能源的挑戰(zhàn)是巨大的。事實(shí)上，電動(dòng)汽車的發(fā)展有賴于強(qiáng)大、安全的電池的存在，正如太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源的發(fā)展有賴于能源存儲(chǔ)能力相同。鋰電池是當(dāng)前解決這些挑戰(zhàn)的答案。不幸的是，鋰要液態(tài)電解質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏，這些電解質(zhì)具有高度爆炸性，且鋰在地球上并不是隨處可見的。UNIGE博士后研究員FabrizioMurgia認(rèn)為，鈉是替代鋰的一個(gè)很好的選擇，因?yàn)樗幕瘜W(xué)和物理性質(zhì)接近鋰，而且隨處可見。

這兩種元素鈉和鋰在元素周期表中相距很近。問題是鈉比它的兄弟鋰重。這意味著它很難在電池電解液中行走。論文第一作者、UNIGE博士后研究員MatteoBrighi補(bǔ)充說。2013年和2014年，日本和美國(guó)的研究小組發(fā)現(xiàn)，在超過120攝氏度的溫度下，硼酸鹽是良好的鈉導(dǎo)體。但關(guān)于日常使用的電池來(lái)說，這個(gè)溫度過高了。

于是，UNIGE結(jié)晶學(xué)家開始著手降低傳導(dǎo)溫度，成功地用硼酸鹽作為電解質(zhì)，且從室溫到250攝氏度沒有安全問題。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人RadovanCerny表示，更重要的是，它們抵抗更高的電位差，這意味著電池可以存儲(chǔ)更多的能量。

研究人員強(qiáng)調(diào)，該論文供應(yīng)了可以用來(lái)出現(xiàn)和破壞硼酸鹽結(jié)構(gòu)的案例。硼酸鹽的結(jié)構(gòu)允許硼球和帶負(fù)電荷的氫出現(xiàn)。這些球形空間為帶正電荷的鈉離子留下了足夠的空間。然而，由于負(fù)電荷和正電荷相互吸引，我們要在結(jié)構(gòu)中制造混亂來(lái)擾亂硼酸鹽并允許鈉移動(dòng)。Brighi說。

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100217