日本新工艺 可快速生产全固态钠电池

人气 3593

【大纪元2024年04月21日讯】(大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导)追求更强大更稳定的电池,已成为现代科技发展的主要目标之一。目前的电池存在易燃、能量密度不足、工作温度范围小或制造困难等缺点。日本大阪都立大学开发新工艺,有望提升全固态钠电池的生产和实用性,甚至还有望取代部分锂电池。

目前地表的锂金属含量要比钠金属稀缺得多,钠电池制做成本要比锂电池便宜许多,因此稳定的全固态钠电池引起了人们的关注。

但不管钠或锂制作的固态电池,都存在一些问题。全固态锂电池本身硫化物容易与空气中的水分反应,形成有毒的二硫化氢(H2S)。而全固态钠电池使用的电解质在合成中,因起始材料和产物对溶剂稳定性不佳,容易导致电解质合成出现障碍。

另外,全固态钠电池合成的起始材料里面含有的硫化物,在高温合成中会产生有毒的硫蒸气,因此需要在真空且密封的条件下进行反应。这大大地限制了实验和制造条件,使人们亟需找到解决这些限制的方法。

日本大阪公立大学(Osaka Metropolitan University,OMU)工学研究生院的副教授作田淳(Atsushi Sakuda)和林晃敏(Akitoshi Hayashi)教授领导的研究小组研发出一种可大规模合成含钠硫化物的工艺,大幅提高钠离子电解质的电导率和制造效率。这项研究结果今年3月发表在《储能材料》期刊上。

大规模合成具有高电导性和可成型性的电解质,是全固态钠电池实际应用的关键。该团队合成的含钠硫化物电解质,主要由钠(Na)、锑(Sb)、钨(W)、硫(S)高离子导体和电极保护层硼三硫化钠(Na3BS3)玻璃建构而成,使其电导率比实际所需高出约10倍。

他们使用无水硫化钠(Na2S)和硫(S)作为材料和促进聚变的助熔剂,形成熔点275°C的四硫化二钠(Na2S4),而反应剩余的钠与四硫化二钠反应形成熔点470 °C的硫化钠(Na2S2)。这些产物要比熔点1180°C无水硫化钠还要低,但比硫的熔点116°C要高。

这种工艺使制作固体硫化物电解质不再需要密闭、无氧的环境。它使多硫化钠的熔点在硫化钠和硫之间,成为助熔剂增加化学计量反应物,解决了材料不稳定性和容易蒸发的问题,有助于全固态钠电池的电解质被快速合成出来。

另外,实验人员使用硼三硫化钠玻璃和由钠、锑、钨、硫组成的全固态钠电池进行充放电性能、倍率性能和循环性能的测试,发现在进行正常的300次的充放电后,该电池的容量仍维持130mAh/g,即仍有76%的电容量,而库仑效率还在100%。

另外,这种拥有新电解质的电池在25℃温度和1.2V到2.4V之间能够正常运作,且电流密度范围为0.13至1.02mA/cm-2。而含有多金属电解质的电导率为125mS/cm,该数值比普通的电解质的电导率高出许多。

作田副教授对该校的新闻室表示,“这种新开发的制程,几乎可生产所有含钠硫化物材料,包括固体电解质和电极活性材料。另外,这种新制程与传统方法相比,更容易获得那些高性能的材料,因此我们相信它将成为未来全固态钠电池材料开发的主流工艺。”◇

责任编辑:连书华#

相关新闻
科学家研发氧化铁电池 有望取代锂电池
日本研发无钴锂电池 更长寿且高效能
日本改良钠、钾电池性能 有望替代锂电池
日本研发出更安全且高效的固态锂电池
如果您有新闻线索或资料给大纪元,请进入安全投稿爆料平台
评论