钠离子电池可能提供一种更可持续的方式来存储大量能量，而新研究表明，它们最终可能还有另一个有价值的用途：帮助去除海水中的盐分。萨里大学的科学家发现，当其自然水分保留在材料中时，基于钠的电池材料的表现更好。电池研究人员通常会去除这种水分，因为潮湿通常被认为对电池材料有害。然而，在这种情况下，保留水分带来了显著的改善。 锂的替代选择 锂离子电池目前为大多数智能手机、笔记本电脑、电动车和许多大型能量存储系统提供动力。它们可以存储可观的能量，但锂和一些其他用于这些电池的材料获取成本昂贵，可能带来显著的环境成本。钠则更为常见和广泛分布。它存在于海水、盐矿和许多矿物中，这使它成为一种吸引人的低成本能源存储候选材料。钠离子电池的工作方式与锂离子电池大致相似，带电的钠粒子在两个电极之间移动，电池充放电时也是如此。主要障碍一直是性能。许多钠离子电池材料尚无法与锂离子技术在存储电荷量、充电速度或使用寿命方面匹敌。 保留材料中的水分提升了性能 在《材料化学A》杂志上发表的一项研究中，研究人员考察了钠钒氧化物，这是一种已经研究多年的含钠材料。他们关注的是一种称为纳米结构钠钒酸盐水合物（NVOH）的形式。“水合物”一词意味着水分子被构建在材料的结构中。“纳米结构”指的是在极小尺度上设计的特征，形状和排列的变化可以强烈影响离子在电池中的移动。研究团队没有加热材料以驱除水分，而是测试了如果水分保留会发生什么。结果是显著的改善。水合材料存储了更多电荷，充电速度更快，并且在超过400个充电循环中持续可靠地表现。充电循环代表电池从充电到放电再回来的一次完整使用。在实验室测试中，含水版本的电池存储的电荷几乎是典型钠离子材料的两倍。这种性能使其跻身该类型电池的最强阴极材料之一。阴极是电池的两个主要电极之一，它在存储和释放带电粒子中起着核心作用，因此改善阴极可以显著提高电池的整体容量和性能。 萨里大学化学与化学工程学院的研究员Daniel Commandeur博士兼论文的主要作者表示：“我们的结果完全出乎意料。钠钒氧化物已经存在多年，人们通常加热处理它以去除水分，因为这被认为会造成问题。我们决定挑战这一假设，结果远超我们预期。该材料的性能和稳定性比预期要强得多，甚至可能为这些电池未来的使用方式创造令人兴奋的新可能性。” 电池材料在盐水中也有效 研究人员随后将材料放入盐水中，这是一个对电池组件特别苛刻的环境。盐水可能会引发不必要的化学反应并干扰离子的移动，使许多材料难以正常运作。尽管有这些条件，钠钒酸盐水合物仍然有效。该系统还开始去除溶解的盐。基于钠的材料从水中提取钠，而石墨电极则去除氯化物。钠和氯化物是普通盐的两种主要带电成分。这个过程被称为电化学脱盐。电化学脱盐不是仅通过压力或热量来分离水中的盐，而是利用电反应和特选电极将带电的盐离子从溶液中提取出来。 Commandeur博士补充说：“能够在盐水中使用钠钒酸盐水合物是一个令人兴奋的发现，因为它表明钠离子电池不仅可以存储能量——还可以帮助去除水中的盐分。从长远来看，这意味着我们可能能够设计使用海水作为一种完全安全、免费的充足电解质的系统，同时作为过程的一部分生产淡水。” 电解质是允许带电粒子在电池电极之间移动的物质。大多数商业电池使用经过特殊配方调整的液态或固态电解质。如果海水最终能够安全有效地充当这种角色，那么