本报讯 锂离子电池无处不在，不只用于耳机、手机跟汽车，还在贮存可再生动力的年夜型设备中施展主要感化。但是，锂自身绝对稀缺，只存在于多数多少个国度。一个基于可再生动力的天下须要的电池容量是现在的200倍，这可能象征着须要一种差别的电池。美国芝加哥年夜学的电池化学家Y. Shirley Meng说：“我不晓得仅靠锂离子是否实现这一目的。”一种有多少十年汗青的技巧或者可能应答这一挑衅，即用钠离子而非锂离子携带跟贮存电荷的电池。钠在海水跟盐矿中到处可见，因而供给跟本钱都不是成绩。但钠在贮存电能方面不如锂，由于钠离子比锂离子年夜3倍，这限度了它们收支现有电池电极的才能。寰球试验室正在开辟新的电极资料来处理这一成绩。从前6个月中，已有多少个团队发布他们研发的钠电池的储能与低端锂电池相称。美国哥伦比亚年夜学的电池化学家Dan Steingart说：“这种提高令人赞叹。”商用钠离子电池也开端利用于电动汽车、踏板车跟电网储能。不外，研讨职员指出，钠离子电池普遍利用还无奈实现。“咱们还不进入谁人阶段。”法兰西公学院的固态化学家Jean-Marie Tarascon说，这些电池的机能仍远不迭最好的锂离子电池。并且现在缺少应用钠离子电池的能源：锂缺乏还是一个实践上的担心，并且因为供给多余，锂的价钱在从前3年中现实降落了70%。钠离子电池的任务道理与锂电池一样。因为钠离子比锂离子年夜，因而能挤进阳极的钠离子数目较少。这就须要更年夜的电池来贮存雷同的电量，从而增添了本钱跟体积。钠电池的存储容量乃至不到最好的锂电池的一半，后者每公斤可存储300瓦时以上的能量。但美国阿贡国度试验室的电池化学家Gui-Liang Xu说：“咱们有多种道路能够应答这一挑衅。”一种方式是转变阳极身分。年夜少数锂离子电池应用石墨，这是一种碳，其严密的层状构造每每会排挤钠离子。很多研讨职员转而应用另一种情势的碳——硬碳，后者由混乱的碳颗粒构成，从而给钠离子留下了孔隙。可怜的是，这些孔隙也会增加阳极的储能容量。但研讨职员发明，在阳极中参加锡能够处理这一成绩。在碳基质上，每个锡原子能够联合3.75个钠离子，从而进步阳极贮存钠的才能，进而进步储能。另一种改良方式是调剂带正电荷的阴极身分，从而使钠更好地贮存跟活动。此中一种最受欢送的新资料是钠、钒、磷跟氧的混杂物（NaVPO），后者能构成层状构造，使钠原子轻松收支。现在，与锂离子电池的阴极比拟，NaVPO的能量密度适中，但美国休斯敦年夜学化学家Pieremanuele Canepa引导的研讨团队应用盘算机建模跟X射线衍射技巧，断定了一种优化NaVPO晶体构造的方法。Canepa跟共事2024年10月23日在《天然-资料》讲演称，他们不只分解了这种新资料，还将其利用于钠离子电池阴极，可比之前的NaVPO计划多贮存15%的能量。另一种更保守的方式是用无机化合物制作阴极，这些化合物也能构成存储跟开释钠离子的层状构造。很多无机物在电池电解质中会剖析，但在2月5日出书的《美国化学会志》上，美国麻省理工学院的Mircea Dinca研讨团队讲演称，他们发明了一种更耐用的层状无机阴极，名为TAQ，不只在数千次充放电中坚持稳固，并且能量密度在钠离子阴极中也是最高的。Canepa称其为“化学的佳构”。别的，钠电池面对的阻碍不只仅是技巧上的。Steingart说，现在锂的低本钱减弱了钠的重要卖点。钠离子电池制作商依然太少，无奈从范围经济中获益。美国斯坦福年夜学的资料迷信家William Chueh说，钠离子电池的本钱效益将取决于技巧提高。1月13日，他跟共事在《天然-动力》宣布了一篇论文，评价了出产钠离子电池的6000多种道路图，发明要想与低本钱的锂离子电池竞争，研讨职员须要获得多少项冲破，包含废弃钠离子电池现在所需的昂贵资料，如镍跟钒。Steingart信任这些提高行将到来。他说，对于钠离子电池的基础化学道理的研讨，“咱们仍处于晚期阶段”。（赵宇彤）相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01701-9https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713