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當(dāng)涉及到可能提供更好性能的替代電池結(jié)構(gòu)時(shí)，有許多令人興奮的可能性和一個(gè)非常普遍的障礙。被稱為枝晶的樹(shù)枝狀生長(zhǎng)物在電極上形成，阻礙了許多有前景的實(shí)驗(yàn)性電池的性能，但是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在提出一個(gè)特別環(huán)保的解決方案，他們利用一種類似于分層糕點(diǎn)的新型制造技術(shù)。
這項(xiàng)研究的中心技術(shù)就是所謂的鈉電池，這是一個(gè)有吸引力的提議，因?yàn)樗鼈儽荛_(kāi)了今天的電池中使用的鋰和鈷等重金屬。這些材料的開(kāi)采與環(huán)境影響有關(guān)，如水供應(yīng)的污染和土壤退化，此外還有與童工有關(guān)的人權(quán)問(wèn)題。
相比之下，鈉是廉價(jià)和豐富的，并有望成為更環(huán)保的能源儲(chǔ)存解決方案。但是，使其性能達(dá)到今天的鋰離子電池的努力一直受到一些問(wèn)題的困擾，其中最主要的是枝晶的形成問(wèn)題。這些枝晶往往在陽(yáng)極上形成，陽(yáng)極是儲(chǔ)存充電電池中的離子的電極，當(dāng)設(shè)備循環(huán)時(shí)，可能導(dǎo)致其短路、過(guò)熱或起火。
其目的是盡可能均勻地沉積陽(yáng)極材料，即使表面有輕微的缺陷，也會(huì)給枝晶提供它們所需的起點(diǎn)，從而使整個(gè)設(shè)備解體。得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)想出了解決這個(gè)問(wèn)題的辦法，他們已經(jīng)通過(guò)將一種稱為碲化銻金屬間化合物的復(fù)合材料作為陽(yáng)極來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
這是由金屬鈉的薄片形成的，這些薄片被卷在碲化銻粉末上，然后折疊起來(lái)。這個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，以形成陽(yáng)極材料，并導(dǎo)致鈉原子的高度均勻分布，以減少枝晶形成的可能性。
設(shè)計(jì)這種材料的研究作者 David Mitlin說(shuō)：“想想看，制作一種分層糕點(diǎn)，就像spanakopita。”
這種復(fù)合材料的作用不僅僅是防止枝晶的形成和提高鈉電池的穩(wěn)定性?？茖W(xué)家們指出，它比任何現(xiàn)有的鈉離子陽(yáng)很具有更高的理論能量密度，因此可以帶來(lái)更大的存儲(chǔ)容量，并且還可以使其以與鋰離子電池相同的速度充電。
“我們基本上是同時(shí)解決了兩個(gè)問(wèn)題，”Mitlin說(shuō)。“通常情況下，充電越快，生長(zhǎng)的這些枝晶就越多。因此，如果你抑制枝晶的生長(zhǎng)，你可以更快地充電和放電，因?yàn)橥蝗婚g它就安全了。”
科學(xué)家們已經(jīng)為該技術(shù)申請(qǐng)了專利，并在《先進(jìn)材料》雜志上發(fā)表了他們的研究。
(原標(biāo)題：科學(xué)家利用類似于分層糕點(diǎn)的制造技術(shù)開(kāi)發(fā)全新環(huán)保電池材料)
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