钠离子电池因为原料多、价格低、还安全，成了好多储能和低温动力设备都想选的东西。但以前它一直被两个大麻烦困住：钠跑得慢导致充电时间长，电极材料在充电放电时会变大很多，容易坏掉。最近中北大学能源与动力工程学院的梁君飞教授带着团队，在《先进材料》上发了一篇文章，给这两个难题找到了新路子。 他们想到了一个法子，就是把超小超薄的非晶理念用到电极材料设计上，这样钠跑起来快了，体积也不再像以前那样动不动就膨胀超400%。相比现在用得最多的锂离子电池，钠电池在成本上能便宜20%到30%，毕竟我们国家的钠资源特别多。 为了让钠电池真的能用起来，研究团队盯上了红磷。红磷容量高还便宜，本来是挺理想的负极材料。但它也有个要命的毛病：充放电时像橡皮筋一样被反复拉长拉扯得太厉害，最后就断了粉化失效；而且它导电性能太差，就像是电力传输的绝缘体。 传统做法就好比给电池装了个又窄又脆弱的通道和仓库。梁君飞解释说，晶体材料太死板才是问题所在，而原子排列乱的非晶材料就像海绵一样有弹性。于是团队打破老思维，提出了“非晶化+超薄化+超小尺寸”的设计思路。他们用一种叫液相剥离的技术把红磷剪成了横向不到2纳米、厚度才0.9纳米的超薄片。 张耀辉说这就好比把石头磨成了超细的海绵粉，吸附面积变大了也有弹性。非晶结构里的原子乱哄哄的形成了很多“活性陷阱”，钠离子有更多地方可以附着；薄片又把钠传输的距离压到了最短，传输速度自然就上去了。测试发现这种电极对钠的反应特别强。 为了让导电更好点，他们又把非晶红磷和一种高导电的MXene材料混合在一起，做成了三维蜂窝状的网络结构。这个结构就像“离子高速公路”一样打通了障碍。在10安培每克这么高的电流下测试显示，电池还能保持835毫安时每克的容量；在5安培每克的电流下循环1000次后还剩1447毫安时每克。 这说明这种电池既跑得快又耐用，特别适合做储能电站和新能源汽车用的电池。而且这种技术做成产业化也不难。梁君飞说现在的生产工艺和现有设备就能用得上。他们现在正在做规模化的实验呢。