（圖源：UCSB官網(wǎng)）
在日常生活中，我們的手機(jī)、筆記本電腦、混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車都離不開(kāi)電池，電池為我們提供動(dòng)力。現(xiàn)在，市面上最常用的是鋰離子電池，然而，用量增加可能導(dǎo)致鋰短缺，提升生產(chǎn)成本。作為潛在的替代品，鈉離子電池越來(lái)越受到關(guān)注。這種電池的性能好，而且鈉金屬價(jià)格低、儲(chǔ)量豐富，但是，鈉離子電池比鋰離子電池的使用壽命短。據(jù)外媒報(bào)道，加州大學(xué)圣巴巴拉分校計(jì)算材料科學(xué)家Chris Van de Walle等人發(fā)現(xiàn)，鈉電池容量下降的原因在于：電池中意外存在的氫導(dǎo)致電池的電極退化。
“在正極材料的制造過(guò)程中，通常會(huì)產(chǎn)生氫，從周邊環(huán)境或電解質(zhì)中也能吸收氫，”研究人員表示，“眾所周知，氫會(huì)強(qiáng)烈影響電子材料的性能，而二氧化錳鈉（NaMnO2）是鈉離子電池中的一種常見(jiàn)正極材料，我們很好奇氫對(duì)NaMnO2能產(chǎn)生何種影響。”為了研究這一問(wèn)題，研究人員利用計(jì)算技術(shù)，來(lái)預(yù)測(cè)雜質(zhì)的存在對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響和所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)。”
堪薩斯大學(xué)的Peelaers教授表示，關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)在于：“我們很快意識(shí)到，氫很容易穿透材料，使錳原子從連接材料的錳氧化物骨架中釋放出來(lái)。而且，錳的去除是不可逆的，這會(huì)使電池容量下降，最終導(dǎo)致電池退化。”
這些研究是在加州大學(xué)圣巴巴拉分校 Van De Walle的計(jì)算材料小組進(jìn)行的。Van de Walle說(shuō)：”早期研究顯示，錳的流失可能發(fā)生在電解質(zhì)的界面上，也可能與相變有關(guān)，但真正的觸發(fā)因素并末確定。新研究結(jié)果表明，只要有氫，在材料中的任何地方都可以發(fā)生錳的流失。由于氫原子體積小，反應(yīng)性強(qiáng)，氫是材料中常見(jiàn)的污染物。現(xiàn)在，它的有害影響已經(jīng)被標(biāo)記出來(lái)，我們可以在電池的制造和封裝過(guò)程中，采取措施阻止氫的滲入，從而改善電池性能。”
事實(shí)上，研究人員懷疑，即便是常見(jiàn)的鋰離子電池，也可能受到意外存在的氫元素的不良影響。鋰離子電池出現(xiàn)的問(wèn)題之所以較少，到底是由于制備方法比較成熟，還是因?yàn)殇囯姵鼐哂懈鼜?qiáng)的耐氫性，目前具體原因尚不清楚，這將是未來(lái)的一個(gè)研究領(lǐng)域。
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