北京
對于電池續航短、冬季掉電快、充電速度慢等問題，或許有了新的破解方法。
日前，中國科學院物理研究所團隊攻克錫基負極核心技術難題，讓低成本、高能量密度的鈉離子電池向實用化更近一步，有望緩解電池續航焦慮。
▲圖片由AI生成（來源：中國科學院物理研究所）
01
“好幫手”的問題
鈉離子電池資源豐富、原料易得、成本低廉，性價比顯著。但它卻有個短板，同等體積存電能力偏弱，難以滿足電池續航需求。
錫基負極材料本是彌補這一短板的“好幫手”，其容量和密度高于傳統碳材料，能在有限空間里存更多電，兼具安全性好、易加工等特點，甚至可以直接適配現有電池生產線。
但錫基負極有個“頑疾”，充放電時體積變化大，反復膨脹收縮會讓材料粉化失效，使得電池容量跟著快速“縮水”。以往的改進辦法，要么犧牲儲電能力，要么增加成本，始終難以兩全。
02
搭個“堅固支架”
針對技術難題，科研團隊利用單壁碳納米管與錫顆粒之間的強吸附作用，為錫顆粒量身打造出一個堅固的“支架網絡”。這個網絡能在電極制作時防止錫顆粒“抱團”，使材料分布更均勻，還能讓電池在反復充放電時牢牢“兜”住錫顆粒。
團隊結合人工智能和拓撲學分析的新方法，摸清了背后的科學原理。這個“支架網絡”不會因體積變化“散架”，既能保證錫顆粒充分反應，又能讓顆粒間始終保持緊密的電接觸，兼顧高效儲電和耐用性。
新方法制備的錫負極，可逆容量達789.4毫安時/克；在2安培/克大電流下，循環6000次后容量仍能保留87.6%。
03
或讓續航不再焦慮
此后科研團隊完成了公斤級的放大實驗，組裝的鈉離子電池體積能量密度超453瓦時/升，支持4C高倍率、15分鐘快速充放電，在-20℃的低溫環境下，性能表現良好。
這項研究為錫基負極材料找到了一條實用化路徑，推動高能量密度、低成本鈉離子電池邁出關鍵應用步伐，有望改善電池續航、充電、低溫掉電等問題，未來可應用于大規模儲能等領域。
來源：中國科學院物理研究所
責任編輯：侯茜
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