低温下穩定運行的鈉基固態電池問世

科技日報記者 劉霞

美國芝加哥大學與新加坡科技研究局材料研究與工程研究所合作研製出一款鈉基固態電池。該電池能在零攝氏度以下低温環境中穩定運行。這一突破有望增強鈉基固態電池的競爭力。相關研究成果發表於最新一期《焦耳》雜誌。

固態電池是一種新型電池技術，其電解質為固態而非液態。固態電池被視為電動汽車、電子設備及電網儲能的理想選擇，兼具高安全性與高性能。但目前大部分固態電池正負極材料中仍普遍含有鋰元素。而鋰資源不僅稀缺、價格昂貴，且開採過程還可能對環境造成破壞。

因此，越來越多研究將目光轉向資源豐富、成本較低且環境負擔較輕的替代材料——鈉。不過，儘管鈉基固態電池潛力巨大，但以往製備的固態鈉基電池在室温和低温條件下性能不盡如人意。最新研究顯著提升了鈉基固態電池的性能基準，向實際應用邁出關鍵一步。

研究團隊通過將亞穩態氫化硼酸鈉加熱至結晶温度後迅速冷卻，成功穩定了其晶體結構。這一方法雖屬成熟工藝，卻是首次應用於固體電解質領域，其技術可行性有望加速該成果從實驗室走向產業化。

團隊隨後將氫化硼酸鈉與塗覆氯化物基固體電解質的O3型陰極結合，構建出更厚的陰極結構。與薄陰極設計相比，厚陰極可減少非活性材料比例，從而提升電池的能量密度。

此次該創新在於實現了亞穩態氫化硼酸鈉的結構穩定。這一結構具備極高的離子電導率，比此前已報道的數值高出至少一個數量級，較其前體材料更是提高了三至四個數量級。這不僅是一項技術突破，更在電化學性能層面拉近了鈉與鋰的競爭距離，展現出重要的科學價值與應用前景。