作者：JamesBadham

電池為我們的生活提供動(dòng)力：我們依靠電池來(lái)保持手機(jī)和筆記本電腦的嗡嗡聲，讓我們的混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車上路。但是，越來(lái)越多地采用最常用的鋰離子電池實(shí)際上可能導(dǎo)致成本增加和鋰的潛在短缺——這就是為什么鈉離子電池作為一種可能的替代品正在被大力研究的原因。它們性能良好，鈉，一種與鋰密切相關(guān)的堿金屬，價(jià)格便宜，儲(chǔ)量豐富。

挑戰(zhàn)？鈉離子電池比鋰離子電池壽命短。

現(xiàn)在，加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSantaBarbara）的計(jì)算材料科學(xué)家克里斯?范?德?瓦勒（ChrisvandeWalle）及其同事發(fā)現(xiàn)了鈉電池容量損失的原因：氫的意外存在導(dǎo)致了電池電極的退化。vandeWalle和合著者朱震（音譯）和HartwinPeelaers在《材料化學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

“氫通常在陰極材料的制造過(guò)程中存在，也可以從環(huán)境或電解液中合成，”現(xiàn)在在谷歌工作的朱說(shuō)。眾所周知，氫對(duì)電子材料的性能有很大的影響，所以我們很好奇它對(duì)鈉離子電池常用陰極材料NamNO2（鈉錳二氧化物）的影響。為了研究這一點(diǎn)，研究人員使用了能夠預(yù)測(cè)雜質(zhì)存在引起的結(jié)構(gòu)和化學(xué)效應(yīng)。

現(xiàn)在在堪薩斯大學(xué)的Peelaers教授描述了關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)：“我們很快意識(shí)到氫可以很容易地穿透材料，而且氫的存在使錳原子從將材料固定在一起的氧化錳骨架上脫離。這種錳的去除是不可逆的，會(huì)導(dǎo)致電池容量下降，最終導(dǎo)致電池退化?！?/p>

這項(xiàng)研究是在加州大學(xué)圣巴巴拉分校vandeWalle的計(jì)算材料小組進(jìn)行的。

vandeWalle說(shuō)：“早期的研究表明，錳的損失可能發(fā)生在與電解質(zhì)的界面上，也可能與相變有關(guān)，但它并沒(méi)有真正確定觸發(fā)因素。我們的新結(jié)果表明，如果存在氫，錳的損失可以發(fā)生在材料的任何地方。由于氫原子小且具有反應(yīng)性，氫是材料中常見(jiàn)的污染物。既然它的有害影響已經(jīng)被標(biāo)記出來(lái)，那么在電池的制造和封裝過(guò)程中可以采取措施來(lái)抑制氫的結(jié)合，這將導(dǎo)致更好的性能。”

事實(shí)上，研究人員懷疑，即使是無(wú)處不在的鋰離子電池，也可能遭受意外的氫結(jié)合的不良影響。目前還不清楚這是否會(huì)因?yàn)樵谶@個(gè)成熟的材料系統(tǒng)中制造方法的進(jìn)一步進(jìn)步而導(dǎo)致較少的問(wèn)題，或者因?yàn)?a href="http://m.serebreve.com" style="color:#a98326">鋰電池具有更高的抗氫性能的根本原因，這將是未來(lái)研究的一個(gè)領(lǐng)域。

這項(xiàng)工作由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室（DOE）資助。計(jì)算資源由能源部支持的國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心提供。