北京
新材料設計使氯離子移動速度提升1萬倍，為未來海水基電池提供支撐。
科學家讓氯離子在固體材料中的移動速度最高提升了1萬倍，這一進展推動了開發(fā)用于大規(guī)模可再生能源存儲的海水基電池的努力。
這個國際團隊由來自瑞士、加拿大和美國的研究人員組成，他們通過在氯氧化鑭中添加少量鈣、鎂或鍶對其進行改性。這些變化顯著提高了氯離子電導率，而低電導率正是阻礙氯基電池走向實用的主要障礙之一。
這項工作有望在鋰之外拓展電池的選擇。鋰目前在儲能技術中占據(jù)主導地位，但面臨日益增長的需求和供應憂慮。與鋰不同，氯化物儲量豐富，可從海水中獲取。研究人員認為，氯離子電池有朝一日能夠支撐電網(wǎng)級存儲系統(tǒng)，儲存由風力發(fā)電機和太陽能發(fā)電場產生的電力。
構筑離子高速公路
氯離子電池面臨的最大挑戰(zhàn)之一在于，氯離子在固體材料中移動緩慢。它們相對較大的體積使其難以在電池電解質中穿行，從而降低了儲能性能。為解決這一問題，研究人員改變了氯氧化鑭的原子結構。這種修飾為氯離子在材料中的移動創(chuàng)造了更便捷的通道。據(jù)團隊介紹，鈣產生的效果最強，與未改性材料相比，氯離子電導率最高提升了1萬倍。
研究人員利用薩斯喀徹溫大學加拿大光源的超亮X射線，來理解結構變化如何改善了離子輸運。分析表明，添加的元素使晶體結構變得更“柔軟”，讓氯離子能更自由地穿過固體電解質。
蘇黎世聯(lián)邦理工學院教授、瑞士保羅謝爾研究所電池科學實驗室負責人薩巴吉特·班納吉表示：“我們并非要完全取代鋰離子電池，但如果我們想滿足全球對數(shù)百太瓦時電力的巨大需求，從而有效利用太陽能和風能，那么在未來幾十年內，我們還需要其他解決方案。”
超越鋰存儲
研究人員強調，該技術仍處于早期階段。這項研究并未展示完整的氯離子電池，而是確立了一個有前景的電解質平臺，可支撐未來的電池開發(fā)。“我們正在探索未知領域，”參與該研究的博士生程競翔（音譯）說，“我們正在拓展電池領域的邊界，希望能利用這個平臺進行更多構建，并探索鋰離子電池不太擅長的領域。”
團隊認為，隨著可再生能源發(fā)電的擴張，儲能需求持續(xù)增長，開發(fā)替代電池化學體系勢在必行。
班納吉指出，該項目旨在為更可持續(xù)的電池技術奠定基礎，使其在未來能夠支撐大規(guī)模儲能。
研究人員還對加拿大光源，特別是其VLS-PGM光束線表示感謝，因為它們使得理解材料在原子層面行為的測量成為可能。
該研究發(fā)表于期刊《ACS Applied Energy Materials》。
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