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瑞士EMPA最新AFM: 高功率鈉金屬氯化物電池的合理正極設(shè)計(jì)

從化石燃料到可再生能源的過渡需要經(jīng)濟(jì)、高性能的電化學(xué)儲(chǔ)能。高溫鈉金屬氯化物電池具有壽命長、比能量高、無自放電、維護(hù)要求低、原材料豐富等特點(diǎn)。

然而，移動(dòng)和固定存儲(chǔ)應(yīng)用中的大規(guī)模部署目前受到復(fù)雜的商業(yè)管狀電池的高生產(chǎn)成本和有限的倍率能力的阻礙。

在此，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（EMPA）Meike V. F. Heinz等人研究了正極組成如何影響平面鈉金屬氯化物電池中的可用功率、能量和能量效率。作者比較了平面Fe/Ni正極電池和純Ni正極電池，并研究了電池有效電阻作為荷電狀態(tài)（SOC）的函數(shù)，從而為相關(guān)電池反應(yīng)提供了機(jī)理上的見解。

結(jié)果表明，電池電阻至關(guān)重要。因?yàn)樵诙x的電流下，它決定了給定電壓限制內(nèi)的可用容量，并且直接影響電池的能量效率。

圖1. 基于Fe/Ni正極和純Ni正極的鈉金屬氯化物電池的高功率放電比較

考慮到關(guān)鍵傳輸過程和正極組成對(duì)電池電阻的影響，合理的正極設(shè)計(jì)能夠開發(fā)高性能電池。

結(jié)果表明，具有純鎳正極的電池表現(xiàn)出更高的比放電功率，達(dá)到1022 W kg^-1，同時(shí)在總共140個(gè)循環(huán)中保持了258 Wh kg^-1的高比放電能量，比文獻(xiàn)中報(bào)道的平面鈉金屬氯化物電池比功率增加了四倍以上，同時(shí)將比能量提高了 74%。這項(xiàng)研究為鈉金屬氯化物電池的性能增強(qiáng)提供了參考。

圖2. Ni正極的大功率充電測(cè)試

Rational Cathode Design for High-Power Sodium-Metal Chloride Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106367

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