一个研究小组成功开发出一种高能量、高效率的全固态钠空气电池。这种电池无需特殊设备即可可逆地利用钠 (Na) 和空气。该团队由浦项科技大学 (POSTECH) 材料科学与工程系的 Byoungwoo Kang 教授和 Heetaek Park 博士领导。

该研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

二次电池在电动汽车和储能系统等绿色技术中得到广泛应用。下一代高容量二次电池被称为“金属空气电池”，它从地球上丰富的资源(如氧气和金属)中获取能量。然而，碳酸盐的形成带来了挑战——碳酸盐是金属和氧气反应的副产品，涉及大气中的二氧化碳(CO2) 和水蒸气(H2O)——这会牺牲电池效率。

为了解决这个问题，尽管名称如此，金属空气电池通常需要额外的设备，例如氧气渗透膜，以净化氧气或选择性地使用大气中的氧气。

在这项研究中，该团队采用了 Nasicon，这是一种钠超离子导体和固体电解质，可以有效解决碳酸盐问题。Nasicon 由钠、硅 (Si) 和锆 (Zr) 等元素组成，是一种固体电解质，能够在固态下进行离子移动，同时表现出高电化学和化学稳定性。

利用这种固体电解质，该团队保护了钠金属电极免受空气的影响，并促进了电化学电池运行过程中形成的碳酸盐的分解。

因此，涉及碳酸盐的可逆电化学反应通过提高工作电压提高了电池的能量密度，同时显著降低了充电和放电过程中的电压间隙，从而提高了能源效率。

此外，该团队的全固态钠空气电池通过原位形成的阴极电解液表现出卓越的动力学能力，该电解液具有快速钠离子传导至电极内部的功能。值得注意的是，该电池仅靠金属和空气运行，无需额外的特殊设备来安装额外的氧气过滤装置。