華盛頓大學開發穩定、高效、無負極的鈉電池

華盛頓大學圣路易斯分校麥凱維工程學院能源、環境與化學工程系助理教授白鵬博士的實驗室開發了一種高效穩定的鈉離子電池，因為剔除了過去認為必不可少的組件，與傳統的鋰離子電池相比，制造成本更低，體積也更小。

這種新設計的電池，在負極一側只有作為集流器的銅箔，也就是說電池中沒有活性負極材料。離子并非流向負極，而是以金屬形態沉積在銅箔上，直至再次返回正極。首先，充電過程中鈉沉積在銅箔上，放電時再變成鈉離子，遷移至正極。研究發現，沒有枝晶形成，沒有指狀結構；鍍層光滑，具有金屬光澤。這種堿金屬的這種生長模式從未觀察到過。

白鵬博士開發了一種獨特的透明毛細管電池，為研究電池提供了一種新方法。當電池出現故障時，為了確定是哪里出了問題，通常研究人員需打開查看。但這種事后觀察的辦法效率不高。電池的各種不穩定在工作過程中逐漸累積，重要的是動態過程中的不穩定，而且沒有方法對其進行表征。通過觀察這種無負極毛細管電池，可以清楚地看到，如果電解質質量控制不好，就會出現各種不穩定情況，包括樹突的形成。實際上，問題歸結于電解質中水的含量。堿金屬會與水發生反應，所以該研究團隊降低了水的含量。在觀察電池運行過程中，研究人員很快發現了明亮光滑的鈉沉積。正是由于這種材料的平順性，不會形成不規則的枝晶。水含量控制很關鍵，水質量分數必須低于10 μg/g。正因如此，該研究團隊不僅能制造出毛細管電池，還能制造出性能與標準鋰離子電池類似的工作電池，而且由于去掉了負極，占用的空間更小。