以动物骨骼为灵感开发钠正极 提高电池稳定性

钠离子电池有望取代锂离子电池，用于大规模储能设施。与锂离子电池相比，它具有比能量高、安全性能好等优点，尤其是钠储量丰富。然而，钠正极较难开发，因为电子通过正极材料进入电池中，许多候选材料不稳定或无法承受高压。

（图片来源：AIP）

据外媒报道，为了找到解决方案，成均馆大学（Sungkyunkwan University）、得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）和布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的研究人员着眼于自然，以哺乳动物骨骼为灵感开发钠正极。

研究人员Ho Seok Park表示：“我们相信，大自然为解决技术问题提供了很有希望的解决方案。我们希望能找到理想架构，解决这些动力学和稳定性方面的局限性。”

哺乳动物的骨骼结构由内部多孔的海绵骨组成，可以储存和运输骨髓。其周围是坚硬、致密的骨骼，可在严重的应力下保持机械和结构的完整性。根据这一设计架构，该团队开发出由Na3V2(PO4)3结构（也称为NVP）组成的多孔系统，其周围环绕着一层致密的还原氧化石墨烯(rGO)外壳。NVP是一种能快速传输钠离子的钠正极材料，但结构不稳定。

这种骨状构造有助于提高系统的结构完整性，减少由电化学和机械应力造成的永久性损坏。同时，NVP和rGO相结合，为钠离子创造了更为有利的环境，从而提高体系的稳定性。电池可以以超高倍率充电，并在10000次充放电循环后，保持90%以上的容量，当然这取决于充电倍率。

然而，研究人员指出，这项工作目前尚处于概念验证阶段。要实现技术应用，还需要做更多的工作。Park表示：“为了更实际的应用，需要大规模合成骨启发NVP，优化其成分和结构，以及制造和测试大面积高载荷电极。”