钠离子电池“转正”即将成为可能！科学家发现其不耐用的关键原因

钠离子电池对于电动汽车、能源网和其他应用来说是一项很有前景的技术，因为它们由丰富的材料制成。这些材料能量密集、不易燃并且在较低温度下运行良好。然而，它们却只是磷酸铁锂电池的“备胎”。这是因为，现代电子产品中的锂离子电池可以充电数千次，但大多数钠离子电池只能循环其中的一小部分。

耐用性差源于电池运行过程中的特定原子重组—P2-O2相变—因为离子穿过电池无序晶体结构并最终破坏它们。虽然研究人员对相变很感兴趣，但其背后的机制一直难以研究，尤其是在电池运行期间。

近日，康奈尔大学的科学家在一项新研究中，发现了限制钠离子电池耐用性的根源，为制造商提供了为 21 世纪供电的新策略。

研究表明，随着钠离子在电池中移动，单个颗粒内的晶体层的错误取向会增加，然后这些层在P 2 -O2相变之前突然对齐。

研究作者Singer说：“我们发现了一种新的关键机制，即在电池充电期间，原子突然重新排列，促进了有缺陷的相变。”

该团队在使用康奈尔高能同步加速器源开发了一种新的 X 射线成像技术，因而能够实时观察电池样本中单个粒子的行为。

研究人员表示，他们计划在未来提出钠离子电池新的设计方案。其中一种可能就是修改电池化学成分，在有缺陷的过渡阶段之前让粒子变得无序。

该研究论文题为“Disorder Dynamics in Battery Nanoparticles During Phase Transitions Revealed by Operando Single-Particle Diffraction”，已发表在Advanced Energy Materials上。