普渡大学用“钠粉”制出高性能钠离子电池

普渡大学的研究员Jialiang Tang帮助解决了钠离子电池的充电问题，正是钠离子电池的充电问题阻碍了该技术进入工业测试和使用。图片来源：普渡大学

今天的大多数电池使用的是从南美山区开采的稀有锂。如果这个锂源耗尽，那么电池的生产可能会停滞不前。对于电池中的锂来讲，钠是一种廉价且丰富的替代品。但是如果钠暴露在水里，即使只是空气中的水，钠也会变成紫色和燃烧性物质。

目前，为了使制造的钠离子电池的功能与锂离子电池的功能一样，全球的研究人员早已成功控制住了钠的爆 炸倾向，但尚未解决好钠离子电池在最初充电和放电时的钠离子“丢失”的问题。现在，普渡大学的研究人员已经开发出一种钠粉，可以解决上述问题，并且可以正确控制电荷。

普渡大学化学工程系副教授Vilas Pol表示，在电极加工过程中添加制造的钠粉，只需要对电池生产过程稍作修改。这是向业界推进钠离子电池技术的一个潜在途径。研究人员将他们的这一科研成果发表在了“Power Sources”杂志上。

尽管钠离子电池在物理层面上比锂离子电池重，但研究人员一直在研究它们，因为它们可能以较低的成本储存大型太阳能和风能发电设施产生的能量。问题在于钠离子倾向于在初始充电循环期间附着在电池中的碳基阳极上，从而防止离子迁移到阴极上。这些离子积聚成一种名为“固体电解质界面”的结构。

“通常，固体电解质界面是良好的，因为它可以保护碳颗粒免受电池的酸性电解质的影响，”Pol说。“但是过多的界面消耗了电池充电所需的钠离子。”

普渡大学的研究人员建议使用钠粉，为固体电解质界面提供保护阳极所需的钠量，但不会以消耗钠离子的方式积聚。

他们通过在充满氩气的手套箱中制作钠粉，尽量减少将钠暴露在水分中，从而减少钠的燃烧。他们使用超声波将钠块熔化，形成乳白色的紫色液体，然后冷却成粉末，然后悬浮在正己烷溶液中，使粉末颗粒均匀分散。

在制造过程中，只需在阳极或阴极上滴几滴钠悬浮液，即可使钠离子电池以更高的稳定性和更高的容量充电和放电，这是功能性电池的最低要求。