電池技術(shù)的未來在于鈉。相比目前為大多數(shù)設(shè)備和車輛提供動力的鋰，鈉更可持續(xù)，而地球表面的鈉儲量也很豐富。唯一的問題是，它的離子在傳統(tǒng)電池的液態(tài)電解質(zhì)中無法輕易移動，從而使其效率低于鋰。因此，解決之道在于開發(fā)固體電解質(zhì)。日內(nèi)瓦大學的一個科學團隊成功地應(yīng)對了這一挑戰(zhàn)，它采用的方法是修改由碳、硼和氫組成的一種材料的晶體結(jié)構(gòu)。該研究小組還確定了應(yīng)用于電池的理想壓力，使其能有效運行。這些研究結(jié)果可以在美國化學學會的《應(yīng)用材料與界面》，以及《先進材料·相互作用》雜志上讀到。

 

20世紀90年代初引入市場的鋰離子電池現(xiàn)在為大多數(shù)電子設(shè)備和電動汽車提供動力。然而，它們存在兩大缺點。它們所含的液體電解質(zhì)——可以讓正離子在電池的兩個電極之間流動——具有很高的易燃性。如果出現(xiàn)泄漏，它會與氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，從而給使用者帶來重大危害。鋰的供應(yīng)也存在問題。鋰在全球分布不均。同石油一樣，它占據(jù)了重大地緣政治問題的核心。

 

一種替代電池就是鈉電池。這種化學元素在陸地和海洋中都很豐富，而且比鋰便宜。它還更容易回收利用。然而，對它的使用并不多。日內(nèi)瓦大學理學院晶體學實驗室研究人員法布里齊奧·穆爾賈說：“生產(chǎn)這種電池所使用的技術(shù)與鋰電池不同。業(yè)界尚不愿意采用這種較不熟悉的技術(shù)。”

 

由于鈉比鋰重，其離子在液態(tài)電解質(zhì)中的移動也較不容易。解決辦法是設(shè)計一種不易燃的固體電解質(zhì)。然而，迄今為止人們開發(fā)的這類電解質(zhì)——由硼和氫構(gòu)成——還無法實現(xiàn)鋰電池的性能。日內(nèi)瓦大學晶體學實驗室近期進行的兩項研究——由拉多萬·塞爾尼教授領(lǐng)導(dǎo)——已經(jīng)成功地解決了相關(guān)問題。

 

第一項研究發(fā)表在美國化學學會的《應(yīng)用材料與界面》上。研究人員開發(fā)了一種高效材料：NaCB11H12。塞爾尼解釋說：“最初，這種用于核醫(yī)學的材料是不導(dǎo)電的。通過改變其晶體結(jié)構(gòu)——更準確地說是改變原子的空間排列，我們成功地使其具備了導(dǎo)電性，這使其成為目前最有效的運送鈉離子的手段。”為了實現(xiàn)這一結(jié)果，該研究團隊讓這種化合物在一個球磨機內(nèi)承受高能沖擊，從而產(chǎn)生高溫。這是一種在水泥行業(yè)廣泛使用的高能效方法。

 

第二項研究發(fā)表在《先進材料·相互作用》雜志上。該研究項目則涉及將這種材料置于工作環(huán)境中。電池要工作，電解質(zhì)，無論是液體還是固體，必須與電池的正負電極密切接觸。因此，必須把它牢牢地控制在電池內(nèi)。曾在該晶體學實驗室擔任博士后研究員的馬泰奧·布里吉解釋說：“為實現(xiàn)這一目標，必須通過螺絲或彈簧施加壓力。我們尋找了作用于我們的固體電解質(zhì)的理想‘力量’。”研究表明，這應(yīng)該是大約400個大氣壓，相當于水下4000米處的壓力。這個壓力轉(zhuǎn)動幾圈螺絲就可輕易實現(xiàn)。

 

這些發(fā)現(xiàn)為較輕松地生產(chǎn)鈉電池掃清了道路，在汽車行業(yè)尤其如此。穆爾賈說：“由于這些電池的重量略重，它們可以主要用于為汽車提供動力。制造它們的成本效益還有待評估，但現(xiàn)在重要的是，業(yè)界要認識到，我們發(fā)現(xiàn)的這種材料真的很有趣。”