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鈉離子電池可能成為新商用電池、添加鈉粉末提升充放電穩定性

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科技產業資訊室 - 黃松勳 發表於 2018年10月3日

資料來源:Ultrasound-assisted synthesis of sodium powder as electrode additive to improve cycling performance of sodium-ion batteries. Journal of Power Sources,2018/8/31
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318306712
 
在Journal of Power Sources期刊上報導,普渡大學的研究人員透過添加鈉(Na)粉的方式,解決鈉離子電池在初始幾次充電和放電過程中所造成的鈉流失。這種預先處理的技術,可以應用於陽極和陰極材料,且對於傳統電池製造方式的改變非常少,不影響電池的正常充放電。
 
鈉的價格便宜,且可以海水中提煉出來,因此資源是相當豐富的,而鈉離子電池在物理特性上比鋰離子電池重,因此研究人員一直在研究鈉離子電池,想以較低成本的方式,作為大型太陽能和風能設施的能量儲存。但是,問題就出在鈉離子在初始充電循環過程中會附著於電池的碳電極端(陽極),因離子積聚而形成固態電解質中間相(SEI)的結構,而無法傳遞到陰極端。一般來說,固體電解質中間相對於碳顆粒的保護,是好的,使其可以免受於電池中酸性電解質的影響,但是過多的界面結構,會消耗電池充電所需的鈉離子。
 
為了避免鈉暴露在含水分的空氣中,因反應而產生燃燒,研究人員在充滿氬氣的手套箱中,利用超音波,將鈉塊製作成粉末,並在溶於己烷溶液中,均勻地懸浮分散粉末顆粒,形成乳白紫色液體。在電池製造過程中,只需將幾滴鈉懸浮液,滴於陽極或陰極電極上,為固體電解質中間相提供額外所需鈉的量,並保護碳電極,因此不會再消耗鈉離子而產生積聚,使鈉離子電池在充電和放電過程中,可以更穩定,且容量更高。
 
研究人員已經為此技術提交了美國臨時專利申請案(provisional U.S. patent)。
 
結語:鈉物理特性容易使鈉離子比鋰離子更容易形成有序結構(ordered structure),也因此造成了鈉離子電池的充放電效能與容量受到了一些限制。倘若能在電極或電解質上改良,使鈉離子能夠像鋰離子一樣自由進出電極,這將會改變鋰離子電池的產業,使大型綠能儲能設施受惠,進而改變人類的生產與用電結構。(705字;圖1) 

Youtube視頻:鈉電池研究新進展 可望取代鋰電池



參考資料:
Super cheap earth element to advance new battery tech to the industry. Purdue University News,2018/9/19
Ultrasound-assisted synthesis of sodium powder as electrode additive to improve cycling performance of sodium-ion batteries. Journal of Power Sources,2018/8/31
 

 
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