急需寻找锂电池替代品 | 科技

使用锂、钴和镍等元素来制造电池意味着对稀缺（因此价格昂贵）有毒材料的依赖，这些材料的提取和加工会造成许多环境问题；提取 1,000 公斤锂需要 200 万升水。研究人员正在紧急寻找丰富、可再生、可生物降解、安全、成本低且对环境影响小的替代品。解决方案可能已经很接近：钠和钙，这两种丰富的元素正在被研究以防止 据欧盟预测，未来二十年锂需求将增长 60 倍。

除了家用和便携式设备不可阻挡的普及之外，还有两个最大的挑战：移动电气化和储存可再生能源以提供持续电力。“锂、钴和镍离子不足以满足每个人的需求，”Tiamat Energy 公司的研究员 John Abou-Rjeily 说，该公司诞生于 法国国家科学研究中心 （法国国立科学研究院）。

这位材料物理学和化学博士根据他发表的研究成果 地平线，作为钠的替代品，钠是地壳中最丰富的化学元素之一，与锂不同，它的加工和使用更安全、更便宜。相反，它需要更大的体积，这就是为什么目前的发展还不适合小型设备。

它们也无法与当前储能系统为电动汽车带来的续航里程相媲美。但它们可以作为大多数短途路线的替代品。“虽然我永远不会挑战锂离子电池 500 公里的续航里程，但这种钠离子电池在较短的路程上可能更具竞争力。对于短途和中途驾车来说，它们可能更便宜，”Abou-Rjeily 解释道。

根据发表于 活力。 “人们倾向于要求电池非常大。但根据研究，通常来说，一个比汽油箱续航里程短的电池就足够了，因为只有在 6 小时或更长时间的旅程中才需要更大的续航里程，在这种情况下，驾驶员可以在旅途中充电。人们过分强调续航里程的需求，这导致车辆价格上涨，并增加电动汽车的资源消耗，”查尔姆斯大学教授 Frances Sprei 表示。

对于这位能源与环境博士来说，这种心态的转变对于在人们花费时间最多的地方（在家里和工作场所）安装充电设施是必要的。斯普雷遗憾的是，相反，许多欧洲国家专注于道路和轨道上的充电网络。

这种对需求认知的简单改变将进一步促进钠作为替代品的发展，因为它将允许钠作为可再生能源的储能系统部署在家庭和工作场所。德国达姆施塔特工业大学教授、欧洲项目成员 Magdalena Graczyk-Zajac 从事这方面的工作。 辛巴第一阶段将于明年六月结束。

每年你可以免费驾驶汽车八九个月

玛格达莱娜·格拉奇克-扎亚茨（Magdalena Graczyk-Zajac），达姆施塔特工业大学教授

研究人员致力于将家用光伏板捕获的电能储存在可充电钠离子家用电池中。这将为家庭供电并为居民的电动汽车充电，同时显著降低成本。“你可以一年免费驾驶汽车八九个月，”她说。原型机已经在实验室测试中。

阳极部分由硬碳制成，硬碳可从木材或其他生物废料中获得。阴极部分则测试了普鲁士白，这是一种由同名蓝色颜料合成的化合物，但钠含量更高，且富含铁，而铁是最丰富的金属之一。

巴斯克研究中心 CIC 能量源在该领域有自己的进展：通过物理蒸发工艺实现了厚度仅为 7 微米（比当前厚度薄 70 倍）的钠金属阳极。该中心表示：“这一进展为制造具有薄钠阳极的柔性固态电池打开了大门，这是一种更安全、更便宜、更小的替代品，可以替代当前使用石墨的液体电解质电池。”

“钠的质地像橡皮泥一样粘稠，因此很难进行层压，”该项目首席研究员 Montse Galcerán 向 CIC energiGUNE 解释道。“到目前为止，最常见的压延钠块的方法就是用锤子加工，但这意味着无法获得薄而均匀的薄片，因此电池中存在大量未使用的钠。多亏了蒸发，我们成功克服了这一障碍，”她保证道。

通过减薄阳极，我们可以减少所需的钠量以及电池的成本、重量和尺寸，同时提高能量密度（更大的存储容量）和安全性。

如果原材料便宜，电池也能便宜

Rosa Palacín，巴塞罗那材料科学研究所 (ICMAB-CSIC)

另一种用来替代锂的元素是钙。“它是地壳中最丰富的元素之一，并不像锂那样集中在特定的地理区域。如果原材料便宜，电池也可以便宜，”巴塞罗那材料科学研究所 (ICMAB-CSIC) 的 Rosa Palacín 说道，她也是该项目的成员。 卡巴特 A 地平线。

该实体表示，在锂离子电池中使用钙作为负极比石墨具有优势，因为它每公斤的积累容量（能量密度）比传统锂电池更大，传统锂电池也会形成称为树突的微小刚性结构，它们可能在多次使用后引起短路或爆炸。

“当钙穿过电解质时，会流出两个电子，而不是像锂那样流出一个。可以假设，只要找到合适的正极，同样大小的电池在电动汽车上使用时将提供更大的续航能力，”Palacín 解释道。

关键在于选择最合适的成分。“看来，最终所有有效的电解质盐都含有硼。我们使用溶解在碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯混合物中的四氟硼酸钙，”研究人员说。

丹麦技术大学的其他研究人员正在该项目中寻求 萨尔贝奇， 由铝阳极和硫阴极制成的电池。铝比钙还要丰富，但将其加入电池中也面临同样的困难。

“所有使用的材料都很便宜。铝、硫、电解质本身和尿素都非常非常便宜。甚至聚合物也很便宜，”丹麦大学研究员 Juan Lastra 表示，他支持这种储存风能或太阳能发电厂能源的方法。

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