據(jù)外媒報道，研究人員設(shè)計和發(fā)明出一種可用于固態(tài)鈉離子電池的新型鈉離子導體。該導體與高電壓氧化物陰極結(jié)合時可保持穩(wěn)定，從而大大提高此類電池的效率和使用壽命。據(jù)悉，用這種新材料制造的概念電池可循環(huán)超過1000次，同時保持高達89.3%的容量，性能遠超其他固態(tài)鈉電池。

固態(tài)電池有望成為更安全、便宜和持久的電池，特別是鈉離子化學電池。因為鈉成本低廉且含量豐富，而鋰離子電池中的鋰，不僅含量少，且開采成本高，破壞環(huán)境。此次研究的目的是制造出可用于大規(guī)模電網(wǎng)儲能應用的電池，尤其是存儲可再生能源產(chǎn)生的電力，從而緩解高峰需求。


加州大學圣地亞哥分校納米工程學教授、該論文通訊作者Shirley Meng表示：“工業(yè)界希望電池每千瓦時的成本為30至50美元，這大概是目前電池成本的三分之一至五分之一。而我們肯定會達到這個目標。”此次研究由加利福尼亞大學圣迭戈分校和圣塔芭芭拉分校、石溪大學、TCG研究與教育中心、印度加爾各答的TCG科技研究與教育中心和殼牌國際勘探有限公司共同完成。

通過在計算和實驗間快速迭代，加州大學圣地亞哥分校的研究人員確定了一類由鈉、釔、鋯和氯化物組成的鹵化鈉導體，并將其命名為NYZC。它不僅具有電化學穩(wěn)定性，還可與高壓鈉離子電池中使用的氧化物陰極化學相容。隨后，該小組與加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校的研究人員共同研究這種新材料的結(jié)構(gòu)特性和性能。

NYZC是基于Na3YCl6研究而成，而這種材料并不是很好的鈉導體。研究人員建議使用鋯代替釔，這樣可以產(chǎn)生空位并增加電池單元的體積，近而增加鈉離子的傳導性。研究人員還指出，隨著體積的增加，這種新材料中的鋯和氯離子結(jié)合會發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，從而產(chǎn)生更多的鈉離子傳導途徑。除可增加導電性外，該鹵化物材料還比目前其他用于固態(tài)鈉電池的材料更穩(wěn)定。

研究人員表示：“以上發(fā)現(xiàn)表明鹵化離子導體在固態(tài)鈉離子電池應用中具有巨大潛力。同時，也證明大規(guī)模材料數(shù)據(jù)計算與機器學習相結(jié)合可能對材料發(fā)現(xiàn)過程產(chǎn)生重大影響。”接下來，研究人員將繼續(xù)探索這些鹵化物材料的其他替代品，提高電池的整體功率密度，并努力擴大生產(chǎn)。