代尔夫特理工大学 信用:TU Delft 中国科学院和代尔夫特理工大学的研究人员开发了一种预测钠离子电池原子结构的方法
直到现在，即使有最好的超级计算机，这也是不可能的
这些发现可以显著加快钠离子电池的研究
因此，这种电池可以成为继智能手机、笔记本电脑和电动汽车中流行的锂离子电池之后的又一项重要技术
研究人员已经在《科学》杂志上发表了他们的发现
手机、笔记本电脑和电动汽车都含有锂离子电池
就性能和能量密度而言，这些电池无与伦比
然而，对一种电池的商业依赖也有其缺点
以钴为例
到目前为止，尽管做了大量的研究，没有这种稀有资源生产锂离子电池是不可能的
钴几乎完全是在刚果恶劣的条件下开采的，对环境有重大影响
从长远来看，锂是一种有问题的资源
“目前，我们有足够多的钱，”图·代尔夫特研究员马尼克斯·瓦格梅克说
“但是如果我们将来都要使用电力驱动，如果我们需要大型电池来储存太阳能，我们也需要大量的锂
“这可能会成为一个问题，因为锂的储量绝不是无限的
食盐 研究人员认为钠离子电池有潜力
这个名字说明了一切:这种电池不是锂，而是基于钠，钠存在于厨房盐和其他物质中
理论上，钠离子电池的性能不如锂离子电池，但差距没那么大
瓦格梅克说:“在实验室规模上，钠离子电池的能量密度只比锂离子电池低20%到30%
所以他们在手机或电动汽车方面没有竞争力
但是对于重量稍微不太重要的情况，例如在海事应用中或者在可以频繁充电的车辆中，它们可以是一个很好的替代物
" 钠离子电池也适合固定使用，例如，在家里的电源墙上或储存风能和太阳能的电池园区
此外，钠离子电池在使用原材料制造更好、更便宜的正极方面提供了更多的机会
例如，与锂离子电池的正极相比，这种多功能性使得去除钴变得更加容易
从劳动剥削的角度来看，钴不仅价格昂贵，而且还会带来伦理问题
信用:TU Delft 无限 具有讽刺意味的是，这种多功能性也是钠离子电池的诅咒
锂离子电池只能在有限数量的原材料和材料结构下工作，阴极的最佳“配方”是什么，这一点相对比较清楚
钠离子电池则不然
“取决于元素的精确混合，你最终会发现正极原子结构的细微差异，这对电池的性能有很大影响，”瓦格梅克解释道
“仅用少量元素，就有如此多的结构可能性，以至于即使是最快的超级计算机也无法预测不同组合的结果
因此，新材料的发展缓慢
" 至少，到目前为止一直是这样
但是代尔夫特的研究人员和他们的中国同事已经找到了预测阴极理想配方的方法
在原子层面上，阴极看起来很像三明治:它由几层组成，中间有离子
“起初，离子的大小似乎决定了原子的结构，”瓦格梅克说
“但很快就清楚，这不是唯一的因素
离子电荷的分布起着关键作用
" 地质学 这对研究人员来说是一个至关重要的发现，因为离子的大小与其电荷之间的比率，即所谓的“离子势”，被认为具有预测价值
瓦格梅克说:“在地质学上，这种关系已经被使用了几十年来理解为什么，例如，某些氧化铁比其他的更易溶解。”
“这可以揭示地球某些地层的形成，或者其他地质过程
" 问题是这种关系在原子尺度上是否也有用
原来是
研究人员开发了一个基于离子势的简单公式
“使用这个公式，我们可以预测在原材料的选择比例下，我们会得到什么样的结构，”瓦格梅克说
“该公式指导我们通过大量的可能性来选择能够提供最佳性能的电极材料
" 在增加 研究人员还通过设计新材料来测试他们的配方
“我们试图制造一种能量密度尽可能高的阴极，而且可以快速充电，”瓦格梅克说
“在这两种情况下，我们都成功了
就能量密度而言，我们处于可能的上限
我喜欢这样一个事实，这样一个简单的公式，基于一个非常古老的地质学概念，可以在原子尺度上做出如此精确的预测
" 这项研究集中在电池的一个部分:阴极
合乎逻辑的下一步是研究其他类型的结构，包括各种类型电池的电极和电解质
这种新方法在那里也能发挥作用吗？Marnix Wagemaker是这样认为的
“我们将在未来一段时间内探索这一点
通过这项研究，我们希望加快下一代电池材料的开发
"
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