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圖片來源：日內(nèi)瓦大學(xué)

鋰離子電池于1990年代初進(jìn)入市場，目前為大多數(shù)電子設(shè)備和電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。然而，這種電池存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)。首先是其中的液體電解質(zhì)高度易燃，一旦發(fā)生泄漏，會(huì)與氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，對使用者造成重大危害。另外，全球鋰礦分布不均，鋰供應(yīng)存在一定問題。

另一種選擇是鈉電池。這種化學(xué)元素在地球和海洋中都很豐富，比鋰成本低，同時(shí)更易于回收。然而，這種電池還沒有得到廣泛使用。UNIGE科學(xué)學(xué)院晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究員Fabrizio Murgia表示：“這種電池采用與鋰電池不同的生產(chǎn)技術(shù)。業(yè)界仍不愿采用這種不太熟悉的技術(shù)。”

目前領(lǐng)先的高效材料

因?yàn)殁c比鋰重，其離子在液體電解質(zhì)中不易移動(dòng)。解決方案是設(shè)計(jì)一種不可燃的固體電解質(zhì)。然而，迄今已開發(fā)的這類由氫硼酸鹽（hydridoborates ，硼和氫）組成的電解質(zhì)，還達(dá)不到鋰電池的性能。最近，日內(nèi)瓦大學(xué)的晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了兩項(xiàng)研究，成功解決這一問題。

在第一項(xiàng)研究中，研究人員開發(fā)了一種高效材料——碳?xì)浠鹚徕c（NaCB11H12）。該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Radovan Cerny教授表示：“這種用于核醫(yī)學(xué)的材料，最初是不導(dǎo)電的。通過更改其晶體結(jié)構(gòu)，更精確地改變原子的空間排列，可成功使其導(dǎo)電。這使其成為目前最有效的鈉離子傳輸方式。”為了實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)在球磨機(jī)內(nèi)對該化合物進(jìn)行高沖擊，從而產(chǎn)生高溫。這是一種在水泥產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用的節(jié)能方法。

第二個(gè)研究項(xiàng)目涉及將這種材料置于實(shí)際環(huán)境中。為了讓電池工作，必須將電解質(zhì)（無論是液體還是固體）牢牢地裝在電池內(nèi)，使其與電池的正、負(fù)極密切接觸。該實(shí)驗(yàn)室的前博士后學(xué)者M(jìn)atteo Brighi解釋道：“為了達(dá)到這個(gè)目的，可以通過螺絲或彈簧來施加壓力。研究人員尋找可施加在固體電解質(zhì)上的理想‘力’。”結(jié)果表明，這大約是400個(gè)大氣壓（相當(dāng)于4000米深度的水下壓力），只需擰幾下螺絲即可輕松實(shí)現(xiàn)。

這些發(fā)現(xiàn)為更容易地生產(chǎn)鈉電池鋪平了道路，尤其是在汽車行業(yè)。Fabrizio Murgia總結(jié)道：“這些電池的重量稍重，主要可以用來為汽車提供動(dòng)力，其制造成本效益還有待評估。現(xiàn)在，重要的是讓業(yè)界認(rèn)識(shí)到，這種新發(fā)現(xiàn)的材料真的很有趣。”