君润宜保低温稳态钠基固态电池问世，将成固态电池新方向？

点“星标”暂存文章君润宜保，查找更方便！

环球零碳

碳中和领域的《新青年》

撰文 | Penn

编辑 | Penn

→这是《环球零碳》的1694篇原创

作为未来电池技术发展的重要趋势之一，固态电池具有技术颠覆的潜力，是下一代电池技术竞争的关键制高点，因此被誉为电池产业的“圣杯”。

这种新型的电池技术，其电解质为固态而非液态，因而能够提供更高的能量密度和更高的安全性，被视为电动汽车、电子设备及电网储能的理想选择，兼具高安全性与高性能。

但目前大部分固态电池正负极材料中仍普遍含有锂元素。而锂资源不仅稀缺、价格昂贵，且开采过程还可能对环境造成破坏。因此，越来越多研究将目光转向资源丰富、成本较低且环境负担较轻的替代材料——钠。

不过，尽管钠基固态电池潜力巨大，但钠固体电解质的室温离子电导率有限，导致以往制备的固态钠基电池在室温和低温条件下性能不尽如人意。最新研究显著提升了钠基固态电池的性能基准，向实际应用迈出关键一步。

近日，美国芝加哥大学与新加坡科技研究局材料研究与工程研究所合作研制出一款钠基固态电池。该电池能在零摄氏度以下低温环境中稳定运行。这一突破有望增强钠基固态电池的竞争力。

相关研究成果已于9月16日发表于最新一期《焦耳》杂志。论文第一作者、来自于新加坡科学家吴镇安（Jin An Sam Oh）表示，这项研究有助于使钠在电化学性能方面与锂处于更平等的竞争环境中。

他指出：“我们的突破在于应用了一种从未被报道过的亚稳态结构，这种氢硼酸钠亚稳态结构具有非常高的离子电导率，至少比文献报道的离子电导率高出一个数量级，较其前体材料更是提高了三至四个数量级。”

来源：用于厚阴极全固态电池的亚稳态环状氢化硼酸钠

来源：Joule

研究团队通过将亚稳态氢化硼酸钠加热至结晶温度后迅速冷却，以动力学方式成功稳定了其晶体结构。这一方法虽属成熟工艺，却是首次应用于固体电解质领域君润宜保，其技术可行性有望加速该成果从实验室走向产业化。

“既然这项技术已经成熟，我们将来就能更好地扩大规模，” 吴镇安说。“如果你提出一些新的东西，或者需要改变或建立流程，那么业界会更不愿意接受它。”

团队随后将氢化硼酸钠与涂覆氯化物基固体电解质的O3型阴极结合，构建出厚度更大、面积负载更大的阴极，这使得这种新设计超越了以往的钠电池。与薄阴极的设计策略不同，厚阴极可减少非活性材料比例，从而提升电池的能量密度。

在此项研究中，科研人员结合计算和实验数据，评估了氢硼酸钠的亚稳态，并表明从结晶状态快速冷却可在动力学上锁定正交相，从而实现快速的 Na +迁移。当与氯化物基固体电解质涂层正极配合使用时，这种亚稳态相可实现厚的、高面积负载的复合阴极，并在零下温度下保持性能。

来源：钠基固态电池示意图

来源：Joule

高通量分子动力学模拟表明，阴离子运动的倾向显著增强了高移动性 Na +的数量，而不会影响活化能。通过利用其在宽温度范围内的高电导率，这种材料可以开发具有超厚阴极的全固态钠离子电池，并在室温和零下环境中提供可靠的性能。

这项突破源于对氢硼酸钠亚稳态结构的创新性稳定化，氢硼酸钠是一种以其优异的离子电导率而闻名的化合物。研究表明，这种稳定形式的离子电导率至少比先前科学文献中报道的数值高出十倍。

此外，这一显著进展为氢硼酸钠在固体电解质中的有效利用铺平了道路，而固体电解质是优化全固态电池功能的关键。

与锂离子电池相比，使用氢硼酸钠固体电解质还确保了更高的机械强度和更低的可燃性，解决了液体电解质电池普遍存在的关键安全问题，并降低了火灾和灾难性热失控的风险。

来源：钠基固态电池设计取得突破

来源：芝加哥大学

这项研究的意义可能对未来的储能系统产生变革性的影响。通过提高钠基电池的能量密度，该团队有助于构建一种更可持续的能源消耗模式，从而大大降低对锂的依赖。鉴于电动汽车驱动和可再生能源并网对清洁能源解决方案的需求日益增长，这一进展尤为重要。

尽管这项研究标志着向前迈出了重要一步，但像吴镇安这样的研究人员承认，旅程才刚刚开始。“前面的路还很长，但我们的工作是朝着释放钠基电池技术全部潜力迈出的重要一步，”他指出，并强调了在这一激动人心的领域继续进行研究和开发的需求。

“这不是钠和锂的问题。我们两者都需要。当我们思考未来的储能解决方案时，我们应该设想同一个超级工厂可以生产基于锂和钠化学的产品，”芝加哥大学普利兹克分子工程学院（UChicago PME）刘氏家族分子工程教授Y. Shirley Meng说道。“这项新研究让我们更接近最终目标，同时也推动了基础科学的发展。”

这不仅是一项技术突破，更在电化学性能层面拉近了钠与锂的竞争距离，展现出重要的科学价值与应用前景。随着钠技术逐渐成为一种强有力的替代方案，成熟技术与创新研究实践的持续融合，或将巩固钠在未来电池技术中的地位。

参考资料：

[1] https://climate.uchicago.edu/news/breakthrough-advances-sodium-based-battery-design/

[2] https://interestingengineering.com/energy/sodium-solid-state-batteries-freezing-temps

[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435125003113

[4] https://scienmag.com/groundbreaking-innovations-in-sodium-based-battery-design/

[5] https://www.stdaily.com/web/gjxw/2025-09/19/content_403844.html

[6] https://www.stcn.com/article/detail/3351424.html

首图来源：Getty Images

加入百万社群

热门阅读

联系和关注我们↓（公众号后台留言联系小编）