對于電池續航短、冬季掉電快、充電速度慢等問題,或許有了新的破解方法。
日前,中國科學院物理研究所團隊攻克錫基負極核心技術難題,讓低成本、高能量密度的鈉離子電池向實用化更近一步,有望緩解電池續航焦慮。
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▲圖片由AI生成(來源:中國科學院物理研究所)
01
“好幫手”的問題
鈉離子電池資源豐富、原料易得、成本低廉,性價比顯著。但它卻有個短板,同等體積存電能力偏弱,難以滿足電池續航需求。
錫基負極材料本是彌補這一短板的“好幫手”,其容量和密度高于傳統碳材料,能在有限空間里存更多電,兼具安全性好、易加工等特點,甚至可以直接適配現有電池生產線。
但錫基負極有個“頑疾”,充放電時體積變化大,反復膨脹收縮會讓材料粉化失效,使得電池容量跟著快速“縮水”。以往的改進辦法,要么犧牲儲電能力,要么增加成本,始終難以兩全。
02
搭個“堅固支架”
針對技術難題,科研團隊利用單壁碳納米管與錫顆粒之間的強吸附作用,為錫顆粒量身打造出一個堅固的“支架網絡”。這個網絡能在電極制作時防止錫顆粒“抱團”,使材料分布更均勻,還能讓電池在反復充放電時牢牢“兜”住錫顆粒。
團隊結合人工智能和拓撲學分析的新方法,摸清了背后的科學原理。這個“支架網絡”不會因體積變化“散架”,既能保證錫顆粒充分反應,又能讓顆粒間始終保持緊密的電接觸,兼顧高效儲電和耐用性。
新方法制備的錫負極,可逆容量達789.4毫安時/克;在2安培/克大電流下,循環6000次后容量仍能保留87.6%。
03
或讓續航不再焦慮
此后科研團隊完成了公斤級的放大實驗,組裝的鈉離子電池體積能量密度超453瓦時/升,支持4C高倍率、15分鐘快速充放電,在-20℃的低溫環境下,性能表現良好。
這項研究為錫基負極材料找到了一條實用化路徑,推動高能量密度、低成本鈉離子電池邁出關鍵應用步伐,有望改善電池續航、充電、低溫掉電等問題,未來可應用于大規模儲能等領域。
來源:中國科學院物理研究所
責任編輯:侯茜
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