儲能電池作為這一領域的關鍵技術，其性能直接關係到電動汽車的續航里程、充電效率以及智能電網的穩定運行。因此，突破儲能電池的技術瓶頸成為目前推動電動汽車和智能電網發展的主要挑戰。

2024年4月5日，科學家在《自然-通訊》（Nature Communications ）雜誌上發表了一篇關於高能效全固態鈉-空氣電池的文章，有望通過固態電解質激活電池中不可逆的碳酸鹽反應，提高電池的性能。

鈉-空氣電池是什麼？

鈉-空氣電池是一種利用金屬鈉和空氣中氧氣的化學反應來産生電能的裝置。與傳統的鋰離子電池相比，鈉-空氣電池具有諸多優勢。

首先，鈉金屬在地球上的儲量極為豐富，成本較低。其次，鈉-空氣電池的能量密度高，能夠存儲更多的電能，滿足人們日益增長的能源需求。此外，鈉-空氣電池還具有環保、安全等特點，符合未來能源發展的方向。

如何實現鈉-空氣電池性能提升？

在實際使用過程中，出於成本和便捷性考慮，鈉-空氣電池的正極通常採用空氣作為燃料。電池的正極參與反應的是空氣中的氧氣。但是空氣中與氧氣共同存在的二氧化碳和水會在電池反應過程中引起嚴重的不可逆反應，例如形成碳酸鹽和氫氧化物，使電池的性能降低。

基於此，研究者製備了一種新型高效的鈉-空氣電池，通過在Na3Zr2Si2PO12 (Nasicon)固體電解質中進行可逆碳酸鹽反應，實現高電壓窗口、高能量密度和高能量效率。

研究者首先採用固相反應法合成了Na3Zr2Si2PO12 (Nasicon)固態電解質，然後以鎳為空氣電極、鈉為負極、Nasicon為固態電解質組裝了鈉-空氣電池。

電化學測試結果表明，鈉-空氣電池的放電産物與水發生化學反應形成的陰極電解質可以激活碳酸鹽的可逆電化學反應，促進動力學反應過程。這得益於碳酸鹽反應較小的充放電電位差（~0.4V）。此反應過程使得該電池可以獲得更高的能量效率。

在70%相對濕度的測試條件下，鈉-空氣電池的電壓&&能夠達到3.4V，高於其他金屬-空氣電池。能量密度、庫倫效率、能量效率是電池的重要參數。能量密度越大的電池儲存的電能越多。庫倫效率與電池在充放電過程中的性能衰減息息相關，庫倫效率越高的電池性能衰減越少，壽命越長。能量效率與電池電能釋放儲存的比值正相關，能量效率越高，電能的轉化效率越高。研究表明，該電池可以提供0.16mAh cm−2的能量密度，庫倫效率可以達到99%，平均能量效率為82.1%，表明該電池能夠儲存更多的電能，具有更長的使用壽命且能夠高效地實現電能的儲存和釋放。此外，碳酸鹽的可逆電化學反應一旦經過高相對濕度的條件激活之後，即使在低相對濕度的條件下依然能夠得到保持。

本研究設計的鈉-空氣電池的優勢在於：無需額外的裝置進行氣體的純化和儲存，簡化了電池的結構，有助於提高金屬-空氣電池的能量密度；以地球儲量豐富的鈉為電池材料，可以進一步降低電池的成本。

結語

新能源汽車電池技術的突破無疑為環保事業注入了新的活力，同時也為廣大消費者帶來了全新的體驗。隨着科技的不斷進步和創新，我們有理由相信，新能源汽車將在性能、安全、智能化等方面實現更大的突破，為消費者提供更加便捷、舒適、綠色的出行方式。讓我們共同期待這一天的到來，共同見證新能源汽車産業的輝煌未來！