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芝加哥大学普利兹克分子工程教授 Y. Shirley Meng 的能源存储和转换实验室创造了世界上第一个无负极钠固态电池。

通过这项研究，芝加哥大学普利兹克分子工程学院和加州大学圣地亚哥分校化学与纳米工程系Aiiso Yufeng Li家族合作的LESC使电动汽车和电网存储的廉价、快速充电、高容量电池的现实比以往任何时候都更接近。

“尽管以前已经有钠，固态和无负极电池，但直到现在还没有人能够成功地将这三个想法结合起来，”加州大学圣地亚哥分校博士候选人Grayson Deysher说，他是一篇新论文的第一作者，概述了该团队的工作。

论文发表在《自然能源》(Nature Energy)杂志上，展示了一种新的钠电池架构，该架构具有数百次稳定的循环。通过去除阳极并使用廉价、丰富的钠代替锂，这种新型电池的生产将更实惠、更环保。通过其创新的固态设计，电池也将安全且强大。

这项工作既是科学的进步，也是填补世界经济摆脱化石燃料所需的电池规模差距的必要步骤。

创新架构

为了制造出具有锂电池能量密度的钠电池，该团队需要发明一种新的钠电池架构。

传统电池有一个阳极，用于在电池充电时储存离子。在使用电池时，离子从阳极流经电解质流向集电器(阴极)，沿途为设备和汽车供电。

无负极电池去除阳极并将离子存储在碱金属的电化学沉积上，直接在集电器上。这种方法可实现更高的电池电压、更低的电池成本和更高的能量密度，但也带来了自身的挑战。

“在任何无负极电池中，电解质和集电器之间都需要有良好的接触，”Deysher说。“当使用液体电解质时，这通常非常容易，因为液体可以在任何地方流动并弄湿每个表面。固体电解质不能做到这一点。

然而，这些液体电解质会产生一种称为固体电解质界面的堆积物，同时稳定地消耗活性物质，随着时间的推移降低了电池的实用性。

流动的固体

该团队对这个问题采取了一种新颖、创新的方法。他们没有使用围绕集流体的电解质，而是创建了一个围绕电解质的集流体。

他们用铝粉制造了集电器，铝粉是一种可以像液体一样流动的固体。

在电池组装周期中，粉末在高压下致密化，形成固体集流体，同时保持与电解质的液体状接触，从而实现低成本和高效率的循环，从而推动这项改变游戏规则的技术向前发展。

“钠固态电池通常被视为一项遥不可及的未来技术，但我们希望这篇论文能够通过证明它确实可以很好地工作，在某些情况下甚至比锂版本更好，从而推动钠领域的更多推动，”Deysher说。

最终目标是什么?Meng设想了一个能源未来，拥有各种清洁、廉价的电池选择，这些电池可以储存可再生能源，并根据社会需求进行调整。

Meng和Deysher通过加州大学圣地亚哥分校的创新和商业化办公室为他们的工作提交了专利申请。

来源：钠电材料