新型钠结构推动固态电池实现低温运行

钠基电池技术突破实现厚阴极与强离子导电性，使固态电池具备更高能量密度和抗低温能力。

全固态电池有望为电动汽车、电子设备和电网提供更安全、更强大的储能解决方案。但其中的关键元素锂不仅成本高昂、资源稀缺，其开采过程还会对环境造成破坏。

研究人员正将目光转向钠 —— 一种成本更低且储量更丰富的替代材料。

最新研究表明，钠基固态电池最终能够在室温甚至零下温度环境中保持稳定性能。芝加哥大学普利兹克分子工程学院（UChicago PME）的科学家于本周报告了这项进展。

这项研究提升了钠电池技术的基准 —— 该技术此前在实际应用中一直面临挑战。

"这并非钠与锂的对决，而是两者皆不可或缺，"芝加哥大学普利兹克分子工程学院Liew家族教授Y. Shirley Meng表示，"当我们构想未来的储能解决方案时，应该设想同一座超级工厂能够同时生产基于锂和钠化学体系的产品。"

她补充道："这项新研究让我们更接近这一终极目标，同时也在推动基础科学的发展。"

该论文展示了可在室温至冰点温度下稳定工作的厚钠阴极。论文第一作者、新加坡A*STAR材料研究与工程研究所的Sam Oh表示，这使得钠与锂的竞争站在了更平等的舞台上。

稳定新结构

研究团队突破的关键在于一种新型固体电解质。"我们的突破在于成功稳定了一种从未被报道过的亚稳态结构，"Oh解释道。他指出氢硼酸钠的这种亚稳态结构具有极高的离子电导率，"比文献记载的数值至少高出一个数量级，比前驱体本身高出三到四个数量级。"

研究人员通过加热氢硼酸钠至结晶起点，随后快速冷却锁定晶型的方法创造了这种结构。该技术在其他领域已成熟应用，但此前从未用于固体电解质领域。"由于采用现有技术，未来我们更容易实现规模化生产，"Oh表示，并强调成熟方法对工业界更具吸引力："若提出全新工艺或需要改变现有流程，工业界的接受意愿会降低。"

厚阴极与高密度

研究团队将这种亚稳态相与涂覆氯化物基固体电解质的O3型阴极结合。该设计实现了厚层高负载阴极，与薄阴极设计不同，这种结构含有更少的非活性材料和更多的活性"有效成分"。

"阴极越厚，电池的理论能量密度 —— 单位面积存储的能量 —— 就越高，"Oh解释道。这项突破为钠电池与锂竞争指明了更清晰的道路，在解决成本和可持续性问题的同时，为能源研究开辟了新方向。

"虽然仍有长路要走，"Oh表示，"但这项研究将帮助开启新的机遇。"

该研究成果已发表于《焦耳》期刊。

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