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科學家開發實驗性堿金屬-氯電池 其容量是鋰離子電池的六倍


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- 2021年9月02日03時55分
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斯坦福大學的科學家們在實驗一種有幾十年歷史的一次性電池結構時,開發出了一種新版本的電池,它不僅可以充電,而且其容量是目前鋰離子解決方案的六倍左右。這一突破取決於設備內揮發性氯氣反應的穩定化,並且有朝一日可以為一次為智能手機供電一周的高性能電池提供基礎。

這種新電池被描述為堿金屬-氯電池,並基於20世紀70年代首次出現的名為鋰亞硫酰氯的化學。這些電池因其高能量密度而受到高度重視,但依靠高活性的氯,使它們不適合於除單一用途之外的其他用途。

在普通的可充電電池中,電子在放電時從一邊移動到另一邊,然後在電池充電時恢複到原來的形式。然而,在這種情況下,氯化鈉或氯化鋰被轉化為氯,而氯的反應性太強,無法以任何高的效率轉化回氯。

這項新研究的作者很可能已經想出了一個解決這個問題的辦法。該團隊正在用氯化鈉和氯氣進行實驗,試圖改善這種電池的性能,但發現這種化學物質實際上已經穩定下來,這使電池具有一定程度的可充電性。隨後的調查促使該團隊開發了一種新的電極材料,該材料由多孔碳制成,像海綿一樣,吸收了不穩定的氯分子並安全地儲存起來,以便重新轉化為鈉。

“當電池充電時,氯分子被捕獲並保護在碳納米球的微小孔隙中,”研究人員說。“然後,當電池需要耗盡或放電時,我們可以對電池放電,並將氯轉化為NaCl並在許多循環中重複這一過程。我們目前可以循環200次,還有改進的餘地。”

以一個維護良好的鋰離子電池為例,它可以使用500-1000次。通過他們的實驗,該團隊還證明了原型電池的能量密度非常高。該團隊已經實現了每克正極材料存儲1200毫安時電量,大約是當今鋰離子電池技術的六倍。

“一個可充電電池有點像一把搖椅。它向一個方向傾斜,但當你用力時又會搖回來,”研究作者說。“我們在這裏擁有的是一把高搖晃的搖椅。”

研究小組想象這種電池可以用於助聽器或遙控器,或者用於為那些只需要不定期充電的設備供電,如衛星或遠程傳感器,這些設備可以用太陽能充電。為了在智能手機和電動汽車中使用,科學家們將需要擴大電池的規模,並設計一個合適的結構,同時還需要增加它可以安全循環的次數。

該研究發表在《自然》雜志上。

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03757-z

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