不再怕冷！鈉電池突破冰點，零下也能高效運行

對于電動汽車和依賴電網儲能的地區來說，一到冬天，電池性能急劇下降幾乎是一個無解的難題。無論是我們手機中的鋰離子電池，還是正在興起的新型儲能系統，在寒冷的天氣中，其續航里程和充電速度都會大打折扣。這是因為在低溫環境下，電池內部離子移動變得遲緩，就像交通在冰雪路面上嚴重堵塞一樣。然而，一場由鈉離子電池引發的技術突破，正有望徹底改變這個局面。

最近，來自芝加哥大學普利茲克分子工程學院的研究團隊，成功地研發出一種新型的全固態鈉離子電池，它不僅能在室溫下保持優異的性能，甚至在零下的低溫環境中依然可以高效運作。這項研究的意義非凡，因為它為我們提供了一個比鋰更便宜、更安全、更環保的替代方案，有望解決全球能源存儲的瓶頸問題。

這項突破的關鍵，在于科學家們成功地穩定了一種特殊的亞穩態電解質結構。傳統的全固態電池依賴于固態電解質來傳導離子，但鈉離子電池在這方面一直面臨挑戰，其固態電解質在室溫下對鈉離子的傳導效率遠不如鋰離子。芝加哥大學的孟穎（Y. Shirley Meng）教授及其團隊并沒有發明全新的材料，而是采用了一種成熟的熱處理技術。他們將一種名為氫硼化鈉（sodium hydridoborate）的固態電解質加熱到即將晶化的臨界點，然后迅速冷卻，從而“凍結”并穩定了其亞穩態晶體結構。這種經過處理的亞穩態結構，對鈉離子表現出了極高的傳導性，比現有文獻報道的材料至少高出一個數量級。

這種經過優化的固態電解質，就像一條在寒冷天氣中也不會結冰的“離子高速公路”，極大地提高了鈉離子在電池內部的傳輸效率。這使得鈉離子電池得以克服其長期以來在低溫性能上的障礙，能夠與鋰離子電池在電化學性能上展開公平的競爭。研究團隊將這種高性能的固態電解質與經過特殊氯化物固態電解質涂層的O3型厚正極結合，制造出了最終的電池原型。

厚正極的設計是這項技術成功的另一個關鍵。正極越厚，電池在單位面積上能儲存的能量就越多。傳統的電池設計中，大部分空間和重量被用于容納不活躍的材料，而這種新設計則能夠“裝載”更多的活性正極材料，從而顯著提高了電池的能量密度。這對于追求長續航里程的電動汽車和需要高儲能密度的電網系統來說，是至關重要的進步。

鈉作為一種比鋰豐富得多、成本更低廉的元素，其電池技術的突破將對全球能源供應鏈產生深遠影響。它不僅可以減少我們對稀有金屬鋰的依賴，降低采礦對環境的破壞，還能讓能源存儲技術更具經濟可行性，從而加速可再生能源在全球范圍內的普及。正如研究人員所說，這只是漫長旅程中的重要一步，但它無疑為未來生產兼具鋰和鈉兩種化學優勢的超級電池工廠，打開了通向現實的大門。

參考資料：DOI: 10.1016/j.joule.2025.102130