无阳极钠固态电池面世美国科学家最新研制出全球首个无阳极钠固态电池。这一成果有助开发出廉价且能快速充电的大容量电池，以用于电动汽车

无阳极钠固态电池面世 美国科学家最新研制出全球首个无阳极钠固态电池。这一成果有助开发出廉价且能快速充电的大容量电池，以用于电动汽车和电网。相关研究论文发表于最新一期《自然・能源》杂志。研究团队认为，新研制出来的钠电池结构稳定，可循环数百次。去除阳极并用钠代替锂，使新型电池的生产过程变得更加经济环保。创新性的固态设计也提高了电池的安全性。 (科技日报)

韩国研究人员为未来的锂电池开发出一种新型轻质结构

韩国研究人员为未来的锂电池开发出一种新型轻质结构 浦项科技大学（POSTECH）化学系的 Soojin Park 教授和博士生 Dong-Yeob Han 与韩国能源研究所（KIER）的 Gyujin Song 博士以及浦项 N.EX.T HUB 的研究团队合作开发出了一种三维聚合物结构。这种轻质结构有利于锂（Li）离子的传输。他们的研究成果最近发表在国际期刊《先进科学》（Advanced Science）的网络版上。电池技术的进步用于电动汽车和智能手机等电子设备的电池技术不断发展。值得注意的是，锂金属阳极的能量容量为 3860 mAh/g，是目前商业化石墨阳极的十倍以上。锂金属阳极可以在更小的空间内储存更多的能量，而且与石墨或硅不同，锂金属阳极可以作为电极直接参与电化学反应。然而，在充电和放电过程中，锂离子的不均匀分布会产生被称为"死锂"的区域，从而降低电池的容量和性能。此外，当锂向一个方向增长时，它可能会到达相反一侧的阴极，从而造成内部短路。虽然最近的研究重点是优化三维结构中的锂传输，但这些结构大多依赖重金属，大大降低了电池的单位重量能量密度。锂电沉积后的混合结构内部几何形状示意图。资料来源：POSTECH用于阳极的创新型三维结构为了解决这个问题，研究小组利用聚乙烯醇（一种对锂离子具有高亲和力的轻质聚合物）与单壁碳纳米管和纳米碳球相结合，开发出了一种混合多孔结构。这种结构比通常用于电池阳极的铜（Cu）集流体轻五倍以上，对锂离子有很高的亲和力，有利于锂离子通过三维多孔结构中的空隙迁移，实现均匀的锂电沉积。在实验中，采用了该团队三维结构的锂金属阳极电池在经过 200 多次充放电循环后表现出很高的稳定性，并达到了 344 Wh/kg（能量与电池总重量之比）的高能量密度。值得注意的是，这些实验使用的是代表实际工业应用的袋装电池，而不是实验室规模的纽扣电池，这凸显了该技术商业化的巨大潜力。POSTECH 的 Soojin Park 教授表达了这项研究的意义，他说："这项研究为最大限度地提高锂金属电池的能量密度开辟了新的可能性"。KIER 的 Gyujin Song 博士强调说："这种结构兼具轻质特性和高能量密度，是未来电池技术的一个突破"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍 柏林亥姆霍兹中心（HZB）和柏林洪堡大学的一个欧洲研究小组开发出一种替代充电方案，使锂离子电池的寿命比现在更长。研究结果表明，通过改变充电器向电解质材料输送电流的方式，电池在经过数百次放电-充电循环后仍能保持较高的能量容量。锂离子电池是一种结构紧凑、坚固耐用的能源容器，已成为人们的宠儿。电动汽车和电子设备都依赖于它们，但随着电解质穿过分隔阳极和阴极的薄膜，它们的容量会逐渐降低。目前最好的商业级锂离子电池使用的电极由一种名为 NMC532 的化合物和石墨制成，使用寿命长达 8 年。传统的充电方式是使用恒定电流（CC）的外部电能。研究分析了使用 CC 充电时电池样品的情况，发现阳极的固体电解质界面（SEI）"明显变厚"。此外，他们还在 NMC532 和石墨电极结构中发现了更多裂纹。较厚的 SEI 和电极上较多的裂缝意味着锂离子电池容量的显著损失。因此，研究人员开发了一种基于脉冲电流（PC）的充电协议。使用新的 PC 协议对电池充电后，研究小组发现 SEI 接口变薄了很多，电极材料发生的结构变化也更少。研究小组利用欧洲两个领先的粒子加速同步加速器设施"BESSY II"和"PETRA III"进行了脉冲电流充电实验。他们发现，PC 充电可促进石墨中锂离子的"均匀分布"，从而减少石墨颗粒中的机械应力和裂纹。该方案还能抑制 NMC532 阴极的结构退化。研究表明，方波电流的高频脉冲效果最好。测试表明，PC 充电可使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍，容量保持率达到 80%。这项研究的共同作者、柏林工业大学教授 Julia Kowal 博士说："脉冲充电可以在电极材料和界面的稳定性方面带来许多优势，并大大延长电池的使用寿命。" ... PC版： 手机版：

康奈尔大学工程师开发出可在五分钟内完成充电的新型锂电池

康奈尔大学工程师开发出可在五分钟内完成充电的新型锂电池 负责监督该项目的康奈尔大学工程学院院长、工程学教授林登-阿彻（Lynden Archer）说："与其他障碍（如电池的成本和性能）相比，续航里程焦虑症是交通电气化的更大障碍。如果能在五分钟内为电动汽车电池充电，那就不再需要300英里续航里程的电池了，大可以选择更小的电池，这可以降低电动汽车的成本，使其得到更广泛的采用"。该团队的论文最近发表在《焦耳》杂志上。论文的第一作者是化学与生物分子工程专业的博士生金硕。锂离子电池是电动汽车和智能手机最常用的动力装置之一。这种电池重量轻、性能可靠，而且相对节能。然而，它们充电需要数小时，而且缺乏处理大电流浪涌的能力。研究人员发现，铟是一种特别有前途的快速充电电池材料。铟是一种软金属，主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层。新研究表明，铟作为电池阳极有两个关键特性：迁移能垒极低，这决定了离子在固态中的扩散速度、交换电流密度适中，这与离子在阳极中的还原速度有关。快速扩散和缓慢的表面反应动力学这两种特性的结合对于快速充电和长时间储存至关重要。"关键的创新之处在于我们发现了一种设计原理，可以让电池阳极上的金属离子自由移动，找到合适的配置，然后才参与电荷存储反应，"阿彻说。"最终结果是，在每个充电周期中，电极都处于稳定的形态状态。这正是我们的新型快速充电电池能够在数千次循环中反复充放电的原因所在。"这项技术与道路上的无线感应充电技术相结合，将缩小电池的体积和成本，使电动交通工具成为驾驶者更可行的选择。然而，这并不意味着铟阳极是完美的，甚至是实用的。阿彻说："虽然这一成果令人兴奋，因为它告诉我们如何获得快速充电电池，但铟是很重的。这就为计算化学建模提供了一个机会，也许可以利用生成式人工智能工具，了解还有哪些轻质材料的化学成分可以达到同样低的达姆克勒数。例如，是否有我们从未研究过的金属合金具有所需的特性？这就是我感到满意的地方，因为有一个普遍原理在起作用，让任何人都能设计出更好的电池阳极，实现比最先进技术更快的充电速率。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

加州大学圣地亚哥分校研发可自愈阴极固态锂硫电池 倍增电动汽车续航

加州大学圣地亚哥分校研发可自愈阴极固态锂硫电池 倍增电动汽车续航 固态锂硫电池是一种可充电电池，由固体电解质、锂金属阳极和硫阴极组成。这种电池具有能量密度更高、成本更低的优点，有望成为目前锂离子电池的理想替代品。与传统锂离子电池相比，它们每公斤可储存两倍的能量，换句话说，它们可以在不增加电池组重量的情况下，将电动汽车的续航里程增加一倍。此外，由于使用了丰富且易于获取的材料，它们不仅经济上可行，而且更环保。然而，锂硫固态电池的开发历来受到硫阴极固有特性的困扰。硫不仅是一种不良的电子导体，而且硫阴极在充电和放电过程中还会发生明显的膨胀和收缩，导致结构损坏以及与固体电解质的接触减少。这些问题共同削弱了阴极传输电荷的能力，影响了固态电池的整体性能和使用寿命。为了克服这些挑战，加州大学圣地亚哥分校可持续电力和能源中心的研究人员领导的团队开发出了一种新型阴极材料：一种由硫和碘组成的晶体。通过在结晶硫结构中加入碘分子，研究人员将阴极材料的导电性能大幅提高了 11 个数量级，使其导电性能比单纯的硫晶体高出 1000 亿倍。阴极材料从棕色粉末熔化成深紫红色液体，从而愈合。图片来源：David Baillot/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院这项研究的共同资深作者、加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授兼可持续电力与能源中心主任刘平说："我们对这种新材料的发现感到非常兴奋。硫的导电性能大幅提高令人惊喜，在科学上也非常有趣。"此外，这种新型晶体材料的熔点很低，只有 65 摄氏度（149 华氏度），比一杯热咖啡的温度还要低。这意味着在电池充电后，阴极可以很容易地重新熔化，以修复因循环而受损的界面。这是解决阴极和电解液之间的固-固界面在反复充电和放电过程中发生累积性损伤的一个重要特性。这项研究的共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授 Shyue Ping Ong 说："这种硫-碘阴极提出了一个独特的概念，可以解决锂-S 电池商业化的一些主要障碍。碘恰到好处地破坏了将硫分子结合在一起的分子间键，从而将其熔点降低到了"金锁区"既高于室温，又足够低，阴极可以通过熔化定期重新修复。""我们的新型阴极材料的低熔点使得修复界面成为可能，这是这些电池长期以来一直寻求的解决方案，"该研究的共同第一作者周建斌说，他曾是刘的研究小组的纳米工程博士后研究员。"这种新材料是未来高能量密度固态电池的有利解决方案"。为了验证新型阴极材料的有效性，研究人员构建了一个试验电池，并对其进行反复充放电循环。电池在超过 400 次循环中保持稳定，同时保留了 87% 的容量。这项研究的合著者、本田美国研究所首席科学家克里斯托弗-布鲁克斯（Christopher Brooks）说："这一发现有可能通过大幅延长电池的使用寿命，解决固态锂硫电池问世所面临的最大挑战之一。电池只需提高温度就能实现自我修复，这可以大大延长电池的总寿命周期，为固态电池在现实世界中的应用开辟了一条潜在的途径。"该团队正致力于通过改进电池工程设计和扩大电池规格，进一步推动固态锂硫电池技术的发展。"虽然要实现可行的固态电池还有很多工作要做，但我们的工作是重要的一步，"刘说。"我们在加州大学圣地亚哥分校的团队与我们在国家实验室、学术界和工业界的研究合作伙伴之间的合作使这项工作成为可能。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长 研究人员通过开发快速充电功能和使用有机材料增强负极，减少了对稀有非欧洲材料的依赖，从而推动了纳离子电池技术的发展。此外，他们还改进了阴极，创造出一种高能量、快速充电、无钴的材料，这种材料在使用过程中会逐渐发生结构变化，因此寿命更长。资料来源：代尔夫特理工大学这些电极可由有机材料制成，这减少了对并非来自欧洲的稀有材料的依赖，优点在于阴极也得到了改进。代尔夫特的研究人员还改进了另一面，并发表了相关文章。这项研究最近发表在《自然-可持续性》杂志上。《用于钠离子电池的快充高压分层阴极》详细介绍了一种新型正极的开发情况，其设计原理源自他们于 2020 年发表在《科学》杂志上的论文。根据这些设计原则，我们设计了一种材料，它结合了两种可能的最佳结构：高能量密度与快速充电。此外，这种材料在充电和放电过程中会逐渐改变其结构，从而延长其使用寿命。此外，这种材料不含钴，而钴在锂离子阴极中仍然很常见。由于对这些电池材料的了解不断加深，第三个增长基金项目"可持续电池技术"的下一步工作已经准备就绪。在该项目中，除了锂离子电池研究外，还将在全国范围内开展纳离子电池研究。电池研究将进一步扩大，使这项技术能够应用于各国市场。参考文献：DOI: 10.1038/s41893-024-01266-1编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：