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科学|中科院和代尔夫特理工大学开发新方法 预测钠离子电池原子结构

对于可以经常充电的车辆来说 ， 钠离子电池可能成为很好的替代品 。
【科学|中科院和代尔夫特理工大学开发新方法 预测钠离子电池原子结构】盖世汽车讯据外媒报道 ， 中国科学院和代尔夫特理工大学(TUDelft)的研究人员开发出一种预测钠离子电池原子结构的方法 ， 这在世界上尚属首次 ， 将大大推进钠离子电池研究 。该类电池将成为仅次于锂离子电池的重要技术 。
科学|中科院和代尔夫特理工大学开发新方法 预测钠离子电池原子结构
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锂离子电池具有高能量密度和优异的性能 ， 并广泛应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等应用 。然而 ， 商业上过于依赖一种电池也有不足之处 ， 例如生产锂离子电池时 ， 必须使用钴 。但是 ， 全球钴资源有限 ， 而且开采条件恶劣 ， 对环境产生严重影响 。德尔夫特大学的研究人员MarnixWagemaker表示："如果将来我们都转向电动出行 ， 我们也需要大量的锂 。"实际上锂储量也是有限的 。
研究人员相信钠离子电池富有发展潜力 。理论上来说 ， 钠离子电池的性能不如锂离子电池 ， 但差距并不大 。Wagemaker称："在实验室规模上 ， 钠离子电池的能量密度只比锂离子电池低20%到30% 。对于可以经常充电的车辆来说 ， 钠离子电池可能成为很好的替代品 。"此外 ， 钠离子电池也适合固定应用 ， 例如家里的电源墙或储存风能和太阳能的电池公园 。从原材料方面看 ， 钠离子电池可以避免使用钴 ， 提供更好、更便宜的正极 。
但是 ， 锂离子电池只使用有限数量的原材料和材料结构 ， 而且最佳正极配方比较明确 。对于钠离子电池来说 ， 情况并非如此 。Wagemaker称："基于元素的精确组合 ， 你最终会发现正极的原子结构存在细微的差别 ， 这会对电池性能产生很大的影响 。仅仅有几个元素 ， 结构上的可能性就这么多 ， 即便是速度最快的超级计算机 ， 也无法预测组合结果 。因此 ， 新材料的开发速度很慢 。"
中国科学院和代尔夫特的研究人员找到了一种方法 ， 可以预测理想的正极配方 。在原子层面上 ， 正极看起来很像三明治：由几层组成 ， 中间有离子 。Wagemaker说："起初来看 ， 似乎离子的大小决定了原子结构 。我们很快发现 ， 这并不是唯一要素 ， 起到关键作用的是离子的电荷分布 。"
这一发现具有重要意义 。因为离子大小与其电荷之间的比率 ， 即所谓的"离子势" ， 已知具有预测价值 。Wagemaker说："几十年来 ， 地质学领域一直通过这一关系 ， 解释为什么某些铁氧化物比其他氧化物更易溶 。"事实证明 ， 这种关系在原子层面也有用 。研究人员基于离子势开发出简单的配方 。Wagemaker说："我们可以根据这个配方 ， 预测哪种原料选择比例将得到哪种结构 。该配方引导我们发现电极材料的各种可能性 ， 以提供最佳性能 。"
研究人员还设计新材料以测试其配方 。Wagemaker说："我们尝试制造能量密度最高、充电速度非常快的正极 ， 并获得成功 。就能量密度而言 ， 我们已经达到可能的上限 。"
这项研究集中在电池的正极部分 。研究人员下一步将探讨不同类型电池的电极和电解液等 ， 并希望通过这项研究 ， 加快开发下一代电池材料 。


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