比锂电池更便宜，性能却不输——钠电池终于赶上了

钠是一种成本低得多、储量更丰富的替代材料，且提取过程的破坏性小得多。然而，钠基固态电池长期以来难以在常规温度下达到锂电池的性能水平。

“这并非钠与锂的竞争问题，我们两者都需要。当我们思考未来的储能解决方案时，应该设想同一个超级工厂能够生产基于锂和钠化学体系的产品。”芝加哥大学普利兹克分子工程学院的刘家族分子工程教授Y. Shirley Meng表示，“这项新研究让我们更接近这一终极目标，同时也推动了基础科学的发展。”

Meng团队的一项新研究发表在《Joule》杂志上，为解决这一问题迈出了重要一步。研究人员开发出一种钠基固态电池，在室温至冰点以下均能稳定工作，为该领域树立了新的基准。

该研究的第一作者、新加坡A*STAR材料研究与工程研究所的Sam Oh（在访问Meng的储能与转换实验室期间开展了此项工作）表示，这些结果使钠技术在电化学性能上更接近与锂竞争。这一成果也代表了材料科学领域的一项基础性突破。

“我们的突破在于，我们实际上稳定了一种此前未被报道的亚稳态结构，”Oh说，“这种氢化硼钠的亚稳态结构具有极高的离子电导率，至少比文献中报道的高一个数量级，比其前驱体本身高三到四个数量级。”

成熟技术，新应用领域：为了制备这种结构，研究人员将一种亚稳态的氢化硼钠加热至开始结晶，然后迅速冷却以锁定该结构。Oh表示，这种方法在材料科学的其他领域已广为人知，但此前从未用于固体电解质。

这种实际应用的熟悉度可能使这一发现更容易从实验室研究过渡到工业生产。“由于这项技术已经成熟，我们未来更有能力扩大生产规模，”Oh说，“如果你提出新的东西，或者需要改变或建立新的工艺，工业界会更不愿意接受。”

将这种亚稳态相材料与涂覆有氯化物基固体电解质的O3型阴极结合，可以制备出厚的、高面载量的阴极，使这种新设计超越了以往的钠电池。与薄阴极设计策略不同，这种厚阴极会减少非活性材料的占比，增加阴极的“有效成分”。

“阴极越厚，电池的理论能量密度——即单位面积内储存的能量——就越高，”Oh说。

当前的研究推动钠成为一种可行的电池替代材料，这是应对锂资源稀缺和环境破坏的关键一步。这只是未来众多步骤中的一步。

“这仍然是一段漫长的旅程，但我们通过这项研究所做的工作将有助于开启这一机遇，”Oh说。