盖世汽车讯 目前，锂离子电池在大型储能市场占据主导地位。然而，锂元素全球分布不均，而且成本不断上涨，促使人们寻求替代方案。钠在地壳中的含量大约是锂的1000倍，并且可以从海水中提取，这使得钠离子电池成为电网级储能的理想选择。在电网级储能中，成本和供应安全至关重要。
而安全性一直是钠离子电池发展的障碍。大多数钠离子电池依赖于易燃且易泄漏的液态电解质，这给大规模使用带来了风险。固态聚合物电解质可以消除这些隐患，但其钠离子传导速度过慢，并且与钠金属负极的接触不稳定。随着时间的推移，会形成被称为“枝晶”的针状金属生长物，这些枝晶会穿透聚合物，导致电池短路，进而引发热失控。
据外媒报道，新加坡国立大学（National University of Singapore，NUS）设计与工程学院（College of Design and Engineering，CDE）机械工程系副教授Palani Balaya领导的团队，利用一种低成本的单一添加剂，成功攻克了上述挑战。这一突破为实现安全、经济的全固态钠电池开辟了一条可扩展的途径，其应用范围涵盖电网级储能到电动汽车等领域。相关研究成果发表于期刊《Advanced Functional Materials》。
图片来源：新加坡国立大学
简单的添加剂，结构性的改变
研究团队使用了一种名为石墨氮化碳（GCN）的添加剂，GCN是一种富氮材料，只需将尿素在空气中加热至550摄氏度即可合成。所合成的薄片仅有两纳米厚。当将其添加到由聚环氧乙烷和钠盐制成的聚合物电解质薄膜中时，GCN会从两方面重塑聚合物的内部结构。
片状、高比表面积的GCN会破坏聚合物形成刚性晶体区域的倾向，从而促进形成柔性、无序的区域，使钠离子能够更自由地移动。此外，GCN表面的富氮活性位点会将钠离子从其对应的钠盐中拉开，从而释放出更多的离子来携带电荷。这种综合效应使电解质在55摄氏度下的离子电导率提高了一倍以上，并将迁移数（钠离子携带电流的比例）从0.19提高到0.51，从而降低了极化并提高了电池效率。
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