美國芝加哥大學（UChicago）普利茲克分子工程學院（Pritzker Molecular Engineering）Y. Shirley Meng教授領導的的能源儲存與轉換實驗室（Laboratory for Energy Storage and Conversion）打造了世界上首款無陽極鈉固態電池。

無陽極鈉固態電池（圖片來源：芝加哥大學）

透過這項研究製成的LESC（鋰離子電池模擬器）讓我們比以往任何時候都更接近實現廉價、可快速充電且高容量的電池，以用於電動車以及電網儲能。該款LESC由芝加哥大學普利茲克分子工程學院與加州大學聖地牙哥分校化學與奈米工程系的Aiiso Yufeng Li家族合作研發。

論文的第一作者、加州大學聖地牙哥分校博士候選人Grayson Deysher表示：「雖然之前已經有鈉電池、固態電池和無陽極電池，但到目前為止還沒有人能夠成功地將這三種想法結合起來。

該論文展示了一種新型鈉電池架構，可以完成數百次穩定的充放電循環。通過去除陽極並採用廉價、豐富的鈉來取代鋰，此種新型電池的生產成本更低且生產過程更環保。透過其創新固態設計，該款電池將既安全又強大。

這項研究既是一項科學進步，同時也是填補電池技術發展所需的缺口，以使世界經濟能夠從化石燃料過渡到再生能源所必需的一步。

芝加哥大學普立茲克分子工程學院（UChicago Pritzker School of Molecular Engineering）與加州大學聖迭戈分校李愛索-玉峰家族化學與奈米工程系（University of California San Diego’s Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering）合作成立的能量儲存與轉換實驗室（Laboratory for Energy Storage and Conversion）推出了一種新型電池，為電動車和電網儲存帶來了前所未有的廉價、快速充電、高容量電池。圖片來源：芝加哥大學普立茲克分子工程學院/John Zich

加州大學聖地牙哥分校博士生格雷森-戴舍（Grayson Deysher）是概述該團隊工作的論文的第一作者。加州大學聖地牙哥分校博士生格雷森-戴舍（Grayson Deysher）是概述該團隊工作的論文的第一作者。圖片來源：David Baillot / 加州大學聖地牙哥分校雅各布斯工程學院

可持續性發展與鈉

常用於電池的鋰金屬並不常見，在地殼中的含量約為百萬分之二十，而鈉的含量為百萬分之兩萬。

鋰的稀缺性加上筆記型電腦、手機和電動車等對鋰離子電池的需求激增，導致鋰金屬價格飆升，也導致所需電池變得更加遙不可及。

鋰礦的分佈也較為集中。智利、阿根廷和玻利維亞的「鋰三角」地區擁有全球75%以上的鋰資源供應，其他鋰礦則分佈在澳洲、北卡羅來納州和內華達州，因此一些國家在應對氣候變遷所需的脫碳過程中佔了優勢地位。

鋰的提取過程也會對環境造成破壞，無論是使用工業酸分解礦石，還是更常見的將大量水泵到地面乾燥的鹽水提取過程。

創新架構

為了打造出能量密度與鋰電池相當的鈉電池，團隊需要發明一種新型鈉電池架構。

傳統電池在充電時，陽極用來儲存離子。在電池使用過程中，離子從陽極通過電解質流向集電器（陰極），為設備和汽車提供動力。

無陽極電池除去陽極，並將離子直接儲存在集電器上的鹼金屬電化學沉積上。此種方法可以實現更高的電池電壓、更低的電池成本和更高的能量密度，但也帶來了一些挑戰。

Deysher表示：「在任何無陽極電池中，電解質和集電器之間都需要有良好的接觸。當使用液體電解質時，這通常非常容易，因為液體可以流動到任何地方，並潤濕每個表面。固體電解質則不能做到這一點」。

然而，此類液體電解質在穩定地消耗活性材料的同時，會形成一種稱為固體電解質中間相的堆積物，從而隨著時間的推移縮短電池的使用壽命。

流動的固體

研究團隊採用了一種新穎的、創新的方法來解決這個問題。他們創造了一個包裹著電解質的集電器，而不是用電解質包裹集電器。

鋁粉是一種可以像液體一樣流動的固體，研究人員正是用鋁粉製造了集電器。

在電池組裝裝循過程中，粉末在高壓下完成緻密化，形成固體集電器，同時與電解質保持類似液體的接觸，從而實現低成本、高效率的循環，進而推動該項變革性技術向前發展。

Deysher表示:「鈉固態電池通常被認為是一種遙遠的未來技術，但我們希望這篇論文能夠通過證明鈉電池確實可以很好地工作，甚至在某些情況下比鋰電池更好，從而推動鈉電池領域的進一步發展。