科学家发现钠电池容量下降的原因在于意外存在的氢

（图源：UCSB官网）

在日常生活中，我们的手机、笔记本电脑、混合动力汽车和电动汽车都离不开电池，电池为我们提供动力。现在，市面上最常用的是锂离子电池，然而，用量增加可能导致锂短缺，提升生产成本。作为潜在的替代品，钠离子电池越来越受到关注。这种电池的性能好，而且钠金属价格低、储量丰富，但是，钠离子电池比锂离子电池的使用寿命短。据外媒报道，加州大学圣巴巴拉分校计算材料科学家Chris Van de Walle等人发现，钠电池容量下降的原因在于：电池中意外存在的氢导致电池的电极退化。

“在正极材料的制造过程中，通常会产生氢，从周边环境或电解质中也能吸收氢，”研究人员表示，“众所周知，氢会强烈影响电子材料的性能，而二氧化锰钠（NaMnO2）是钠离子电池中的一种常见正极材料，我们很好奇氢对NaMnO2能产生何种影响。”为了研究这一问题，研究人员利用计算技术，来预测杂质的存在对物质结构的影响和所产生的化学效应。”

堪萨斯大学的Peelaers教授表示，关键发现在于：“我们很快意识到，氢很容易穿透材料，使锰原子从连接材料的锰氧化物骨架中释放出来。而且，锰的去除是不可逆的，这会使电池容量下降，最终导致电池退化。”

这些研究是在加州大学圣巴巴拉分校 Van De Walle的计算材料小组进行的。Van de Walle说：”早期研究显示，锰的流失可能发生在电解质的界面上，也可能与相变有关，但真正的触发因素并末确定。新研究结果表明，只要有氢，在材料中的任何地方都可以发生锰的流失。由于氢原子体积小，反应性强，氢是材料中常见的污染物。现在，它的有害影响已经被标记出来，我们可以在电池的制造和封装过程中，采取措施阻止氢的渗入，从而改善电池性能。”

事实上，研究人员怀疑，即便是常见的锂离子电池，也可能受到意外存在的氢元素的不良影响。锂离子电池出现的问题之所以较少，到底是由于制备方法比较成熟，还是因为锂电池具有更强的耐氢性，目前具体原因尚不清楚，这将是未来的一个研究领域。（作者：Elisha）