電池技術(shù)的未來在于鈉。目前，大多數(shù)設備和車輛以鋰電池為動力源(600405)，相比之下，鈉比鋰更具有可持續(xù)性，而且在地殼中的儲量也很豐富。唯一的問題是，這種離子在傳統(tǒng)電池的液體電解質(zhì)中不易移動，導致其效率低于鋰。解決方法在于開發(fā)一種固體電解質(zhì)。據(jù)外媒報道，日內(nèi)瓦大學(UNIGE)的研究團隊通過改變由碳、硼和氫(碳氫化硼酸鹽，carbo
hydridoborate)組成的材料的晶體結(jié)構(gòu)，成功應對這一挑戰(zhàn)。該團隊還確定了可施加于電池的理想壓力，以使其有效運行。
圖片來源：日內(nèi)瓦大學
鋰離子電池于1990年代初進入市場，目前為大多數(shù)電子設備和電動汽車提供動力。然而，這種電池存在兩個主要缺點。首先是其中的液體電解質(zhì)高度易燃，一旦發(fā)生泄漏，會與氧氣發(fā)生劇烈反應，對使用者造成重大危害。另外，全球鋰礦分布不均，鋰供應存在一定問題。
另一種選擇是鈉電池。這種化學元素在地球和海洋中都很豐富，比鋰成本低，同時更易于回收。然而，這種電池還沒有得到廣泛使用。UNIGE科學學院晶體學實驗室的研究員Fabrizio
Murgia表示：“這種電池采用與鋰電池不同的生產(chǎn)技術(shù)。業(yè)界仍不愿采用這種不太熟悉的技術(shù)。”
目前領(lǐng)先的高效材料
因為鈉比鋰重，其離子在液體電解質(zhì)中不易移動。解決方案是設計一種不可燃的固體電解質(zhì)。然而，迄今已開發(fā)的這類由氫硼酸鹽(hydridoborates
，硼和氫)組成的電解質(zhì)，還達不到鋰電池的性能。最近，日內(nèi)瓦大學的晶體學實驗室進行了兩項研究，成功解決這一問題。
在第一項研究中，研究人員開發(fā)了一種高效材料——碳氫化硼酸鈉(NaCB11H12)。該實驗室負責人Radovan
Cerny教授表示：“這種用于核醫(yī)學的材料，最初是不導電的。通過更改其晶體結(jié)構(gòu)，更精確地改變原子的空間排列，可成功使其導電。這使其成為目前最有效的鈉離子傳輸方式。”為了實現(xiàn)這一結(jié)果，研究團隊在球磨機內(nèi)對該化合物進行高沖擊，從而產(chǎn)生高溫。這是一種在水泥產(chǎn)業(yè)中廣泛應用的節(jié)能方法。
第二個研究項目涉及將這種材料置于實際環(huán)境中。為了讓電池工作，必須將電解質(zhì)(無論是液體還是固體)牢牢地裝在電池內(nèi)，使其與電池的正、負極密切接觸。該實驗室的前博士后學者Matteo
Brighi解釋道：“為了達到這個目的，可以通過螺絲或彈簧來施加壓力。研究人員尋找可施加在固體電解質(zhì)上的理想‘力’。”結(jié)果表明，這大約是400個大氣壓(相當于4000米深度的水下壓力)，只需擰幾下螺絲即可輕松實現(xiàn)。
這些發(fā)現(xiàn)為更容易地生產(chǎn)鈉電池鋪平了道路，尤其是在汽車行業(yè)。Fabrizio
Murgia總結(jié)道：“這些電池的重量稍重，主要可以用來為汽車提供動力，其制造成本效益還有待評估。現(xiàn)在，重要的是讓業(yè)界認識到，這種新發(fā)現(xiàn)的材料真的很有趣。”