未来电池的希望：揭示新型电解质的潜力与前景

一项计算机研究发表在分子液体杂志上，研究了可以用作钠离子电池电解质的化合物，为新型安全高性能电池的发展做出了重要贡献。

这项研究是由新能量创新中心（CINE）相关的研究团队共同完成的。CINE成立于2018年，位于坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）、圣保罗大学（USP）和圣卡洛斯联邦大学（UFSCar），并有其他八个巴西机构参与。来自德国波恩大学的研究人员也参与了这项研究。

这些电池基于钠，这是一种丰富的元素，广泛分布在地球上。它们被认为非常有前景，尤其是在储存太阳能和风能发电厂的多余能量方面。它们的工作原理是钠离子在电池电极之间以及在充电和放电过程中通过电解质的移动。

在电解质中导电的最广泛研究的化合物是离子液体，这是一类在室温下以液体形式存在的盐。这些化合物是良好的离子导体，而且不易燃，能为电池提供高安全性。然而，向这些液体中添加钠离子会增加其粘度，降低离子迁移率，恶化电解质性能。

为了克服这一限制，CINE的研究人员研究了一系列基于两种类型离子液体的电解质：非质子型（即电解质研究中最常用的）和质子型，虽然质子型成本较低且更易于生产，但相关研究较少。其想法是向这些化合物中添加钠盐以改善离子迁移率。

“这项工作的主要目的是评估在质子型离子液体电解质中增加钠盐浓度的影响，以及其与非质子型离子液体类似物的比较，”CINE的圣卡洛斯化学研究所（IQSC-USP）博士后研究员Tuanan da Costa Lourenço总结道，同时也是这篇文章的通讯作者。

为了进行这项研究，团队进行了分子动力学模拟研究，这是一种描述原子和分子相互作用的计算方法。作者通过数十台联网计算机和先进的软件，解决了与模拟相关的复杂数学方程。

在此过程中，他们使用了巴西国家科学计算实验室（LNCC）和波恩大学的计算资源。

结果显示，增加钠盐浓度会改变离子液体中离子的排列和相互作用方式。研究还表明，这种变化的程度取决于离子的分子结构，以及离子液体是质子性还是非质子性。

“此外，我们观察到在高浓度钠盐溶液中，钠离子和电解质阴离子之间的相互作用力减弱，这对电池性能有好处，”洛伦索说。

国际合作

CINE的计算材料设计（CMD）项目的一个目标是挑选未来电池的有前景电解质。华雷斯·洛佩斯·费雷拉·达·席尔瓦负责协调这个项目，并且是论文的共同作者。

这个项目包括来自圣保罗大学（USP）的成员和波恩大学巴巴拉·基希纳的研究团队。基希纳专注于液体及其界面的大型复杂系统建模，她也是这篇文章的共同作者。

“这次合作不仅使得深化讨论和得出的结论变得更加深入，还促成了新工具的开发、对所用模型的改进以及新的合作关系，”在基尔赫纳小组工作了15个月的洛伦索说。

科学团队正在通过第二项研究继续开展研究，旨在理解如何调控离子液体中离子之间的相互作用，以优化电池性能的方式。

了解更多信息： Tuanan C. Lourenço 等，使用可极化力场对含钠盐的质子型离子液体电解质进行结构研究，《分子液体》（2025）。 DOI: 10.1016/j.molliq.2025.127496