鹽動力:鋰-鈉融合電池的革命性變革
亞利桑那州立大學的研究人員正在研究一種可能改變電池技術遊戲規則的技術:鋰和鈉的混合。他們的目標是降低成本和穩定供應鏈,初步結果顯示鈉鋰混合物的熱力學穩定性為10%,有望達到20%。
研究人員正在開發一種將鋰和鈉混合用於高品質電池的方法,從而在電池技術領域取得長足進步。通過將這兩種元素結合在一起,他們的目標是降低成本,確保供應鏈安全,並解決因用於鋰離子電池而需求量很大的鋰日益稀缺的問題。
鋰正在成為新的黃金,電動汽車、計算機和便攜式設備中鋰離子電池的使用量急劇上升,推動了價格上漲,並影響了這種相對稀有金屬的供應。科學家們即將開發出一種使用鈉替代部分鋰的方法,從而降低成本並保證供應。
最近,科學家們已經開始考慮完全棄用鋰,轉而在高品質電池中使用鈉或其他元素。鈉更便宜,也更容易獲得(它以氯化鈉的形式存在於海水中),但它們也有缺點,就提供汽車和便攜設備所需的集中電量而言,鋰電池仍然是最好的。亞利桑那州立大學的博士生Tullio Geraci和Alexandra Navrotsky教授採用了一種不同的方法:將鋰和鈉混合在同一種電池中,有望緩解供應問題,並為生產更便宜的電池和更安全的供應鏈開闢道路。
該研究小組正在製造鋰鈉材料,並對其結構、均勻性和熱力學性質進行表徵。研究人員使用Navrotsky實驗室開發和優化的專門技術(高溫氧化物熔融量熱法)來測量材料的能量穩定性,同時通過加熱實驗確定其在使用過程中可能發生的分解。
Tullio Geraci在Goldschmidt地球化學會議上介紹他們的研究成果時說:”我們一直在將少量鈉與鋰混合,測試其穩定性,然後觀察其性能如何。這是一個循序漸進的過程,當我們剛開始時,穩定性並不樂觀–我們需要做的第一件事就是看看混合物是否能保持可用的形式。但隨著鈉含量的增加,穩定性也有所提高。到目前為止,我們已經獲得了10%的混合物,看起來還不錯,熱力學上仍然穩定。我們相信,在我們看到性能有任何顯著差異之前,可以將其提高到20%左右”。
Tullio Geraci繼續說:”起初,我們並不確定是否能夠實現這些鋰/鉭稀釋。 令人驚訝的是,我們發現弱稀釋液容易分解,溶液失去均勻性和晶體結構,而晶體結構對生產電池非常重要。但隨著鈉含量的增加,材料會變得更加穩定。在我們找到最佳組合後,我們需要將研究成果交給電池技術專家,以生產出第一批鈉鋰電池。我們相信這是開發新電池技術的第一步。”
Nancy Ross教授(弗吉尼亞州布萊克斯堡弗吉尼亞理工大學地球科學系)評論說:”Geraci和Navrotsky的研究突出了地球化學如何應用於開發具有重要技術意義的新材料。 他們的研究為探索我們日常生活中所依賴的鋰電池的替代性、更經濟、更可持續的來源開闢了一條前景廣闊的道路。”