美国芝加哥大学研究人员发现一种适用于零度以下的新型钠基固体电解质

随着锂离子电池在性能和成本方面不断提升，其他替代技术越来越难以撼动其地位。然而， 近年来，人们对固态电池的兴趣显著增加，因为固态电池有望提供更高的能量密度和安全性。

与锂离子电池类似，固态电池也能储存能量并释放能量为设备供电。但与锂离子电池使用的液态或聚合物凝胶电解质不同，固态电池采用的是固态电解质。

基于这一原理，芝加哥大学的研究人员开发了一种新型钠基固体电解质，据报道，即使在零度以下的温度下也能保持性能。

“这不是钠与锂之争的问题。我们需要两者兼备，”芝加哥大学普利兹克分子工程学院刘氏家族分子工程教授Y. Shirley Meng说道。“当我们思考未来的储能解决方案时，我们应该设想同一座超级工厂能够生产基于锂和钠化学技术的各种产品。”

研究团队发现了一种具有极高离子电导率的亚稳态硼氢化钠结构。通过快速冷却，他们成功稳定了该结构的晶体结构。随后，他们将这种固体电解质与涂覆有氯化物电解质的臭氧基阴极结合，制备出高面积负载阴极。

接下来，将厚阴极层与高容量合金阳极结合。这种组合，加上硼氢化钠的快速冷却，有效地“锁定”了材料的晶体结构，同时允许钠离子（Na⁺）快速迁移。

研究人员解释说：“高通量分子动力学模拟表明，阴离子运动的倾向显著增强了高流动性 Na⁺的数量，而不会影响活化能。”

“这种亚稳态硼氢化钠结构的离子电导率比之前报道的至少高十倍，比其前体高三到四个数量级，”共同作者 Sam Oh 说。

研究团队认为，使用更厚的阴极可以提高固态电池的能量密度。“这仍然是一条漫长的道路，但这项研究为这项技术开辟了新的可能性，”Oh说道。

该研究成果发表在Joule 杂志上，题为“用于具有厚阴极的全固态电池的亚稳态硼氢化盐”（Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes）。