全固態鈉空氣電池面世

近年隨着再生能源，如風力、太陽光電的興起，以及微電網，智能電網、分散式發電等大力推廣，電網供電的質量與穩定性受到極大的挑戰，“金屬——空氣電池”的應用逐漸受到重視。韓國浦項科技大學材料科學與工程系研究團隊日前成功開發出一種高容量、高效率的全固態鈉“空氣電池”，無須特殊設備就能可逆地利用鈉和空氣。

蓄電池在電動汽車和儲能系統等綠色技術中具有廣泛應用。“金屬——空氣電池”被稱為下一代高容量蓄電池，可從地球上的氧氣和金屬等豐富資源中獲取電力。但金屬和氧氣反應的副產品中有碳酸鹽，會堵塞反應通道，阻礙氧氣進一步反應，從而影響了電池效率。

為解決這個問題，“金屬——空氣電池”通常需要額外設備，如氧氣滲透膜，以淨化氧氣或選擇性地利用大氣中的氧氣。

研究團隊指出，研究人員使用了一種名為NASICON

的固體電解質。NASICON由鈉、硅等元素組成，能在固體中進行離子移動，同時表現出很高的電化學性能和化學穩定性，有效解決了碳酸鹽堵塞問題。

研究人員指出，利用這種固體電解質可使鈉金屬電極免受空氣影響，並促進碳酸鹽分解，無須額外特殊設備來過濾氧氣。碳酸鹽參與的可逆電化學反應可提高工作電壓，從而提高電池的能量密度，同時顯著降低充電和放電過程中的電壓間隙，提高了能源效率。

研究人員表示，“金屬——空氣電池”有高能量密度、低成本、蘊藏量豐富的優點。這種基於固體電解質的電池平台可在環境條件下保持穩定，提供寬電壓範圍，有望引領全固態“金屬——空氣電池”步入“下一代”。材料專家介紹稱，“金屬——空氣電池”的負極的活性物質是金屬，正極是與空氣接觸的多孔碳材。目前比較受矚目的“金屬——空氣電池”有鋰空氣電池、鎂空氣電池、鋁空氣電池、鋅空氣電池。由於鋰、鎂、鋁等金屬的氧化電位都要比水分解產氫電位要高，因此金屬與水溶液接觸就會將水分解產生氫氣。“金屬——空氣電池”構造原理其實與乾電池相似，不同之處在於它以電極電位較負的金屬，如鎂、鋁、鋅、鈉等作負極，以空氣中的氧或純氧作正極的活性物質。這種電池價格低且穩定可靠，原料也幾乎隨處可見。然而這種電池至今未普及，是因為它存在一些致命缺陷。現在，研究人員設計出了解決碳酸鹽堵塞的方法，而這攻克了高能“金屬——空氣電池”開發中的一個長期難題。從長遠來看，“金屬——空氣電池”具備潛力，成為能源儲備的重要一環，讓人類進一步完善能源結構，減少對化石燃料的依賴，穩定能源供給、保障能源安全。

美 子