在為新的和改進的電池尋找材料的過程中，鈉作為一種廉價和廣泛豐富的選擇符合一些重要的條件，但使這些實驗設計達到預期的速度遠不是一項簡單的工作。聖路易斯華盛頓大學的一項新設計展示了一種有前景的方法，通過讓一層薄薄的銅來完成其中一個電極的作用，從而使電池在不影響性能的情況下，體積明顯縮小，生產成本降低。

一個典型的鋰離子電池有兩個電極，稱為陰極和陽極，當設備充電和放電時，它們將電解質溶液中的離子傳遞給對方。一段時間以來，科學家們一直在探索金屬鈉如何能夠替代鋰，並取得了一些有希望的進展，同時也在探索這些設計如何能夠在沒有陽極組件的情況下工作。

領導這項研究的白鵬說：“我們使用了舊的化學方法。但問題是，用這種眾所周知的化學方法，從來沒有人表明這種無陽極的電池可以有一個合理的使用壽命。它們總是很快失敗，或者容量很低，或者需要對電流收集器進行特殊處理。”

白鵬和他的團隊相信他們已經找到了解決這些缺點的方法，即取消陽極並加入一層薄薄的銅箔來代替。這位於電池電流收集器的陽極一側，它在電池放電時收集自由電子，並將它們導入被供電的設備。

當這個實驗性電池充電時，離子不是從陰極穿過分離器材料到達陽極，而是將自己鍍在銅箔上，變成閃亮、光滑的金屬。然後，當電池放電時，材料會溶解掉，離子會返回陰極。

科學家們能夠通過一個特製的透明設備實時觀察電池性能，這使他們能夠發現不穩定性和被稱為樹枝狀的致命結構的形成，這些結構導致電池短路和失效。這使該團隊能夠做出調整，例如減少電解液中的水含量，以限制與鹼金屬鈉的反應，這通常會導致樹枝狀結構的產生。

“電池的所有不穩定性都是在工作過程中積累的，”白鵬說。”真正重要的是動態過程中的不穩定性，而沒有任何方法來表徵這一點。我們可以清楚地看到，如果你沒有很好地控制電解液的質量，你會看到各種不穩定性。

在解決了他們的透明電池中的這些問題後，研究人員能夠建立一個適當的無陽極鈉電池的工作版本。儘管由於使用鈉，成本較低，而且由於消除了陽極，尺寸較小，但他們報告說，該設備的性能與傳統的鋰離子電池相似。

“我們發現，最小的就是最大的，”白鵬說。“沒有陽極就是最好的陽極。”

這項研究發表在《科學進展》雜誌上。