瑞士EMPA最新AFM: 高功率钠金属氯化物电池的合理正极设计

从化石燃料到可再生能源的过渡需要经济、高性能的电化学储能。高温钠金属氯化物电池具有寿命长、比能量高、无自放电、维护要求低、原材料丰富等特点。

然而，移动和固定存储应用中的大规模部署目前受到复杂的商业管状电池的高生产成本和有限的倍率能力的阻碍。

在此，瑞士联邦材料科学与技术研究所（EMPA）Meike V. F. Heinz等人研究了正极组成如何影响平面钠金属氯化物电池中的可用功率、能量和能量效率。作者比较了平面Fe/Ni正极电池和纯Ni正极电池，并研究了电池有效电阻作为荷电状态（SOC）的函数，从而为相关电池反应提供了机理上的见解。

结果表明，电池电阻至关重要。因为在定义的电流下，它决定了给定电压限制内的可用容量，并且直接影响电池的能量效率。

图1. 基于Fe/Ni正极和纯Ni正极的钠金属氯化物电池的高功率放电比较

考虑到关键传输过程和正极组成对电池电阻的影响，合理的正极设计能够开发高性能电池。

结果表明，具有纯镍正极的电池表现出更高的比放电功率，达到1022 W kg^-1，同时在总共140个循环中保持了258 Wh kg^-1的高比放电能量，比文献中报道的平面钠金属氯化物电池比功率增加了四倍以上，同时将比能量提高了 74%。这项研究为钠金属氯化物电池的性能增强提供了参考。

图2. Ni正极的大功率充电测试

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

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