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将哺乳动物骨骼结构转化为钠阴极的设计示意图。
由于钠元素分布广泛、储量高，钠离子电池很有希望取代锂离子电池，用于大规模的电能存储。然而，开发钠阴极（电子通过钠阴极进入电池）困难重重——候选材料要么不稳定，要么不能承受高电压。当地时间12月8日，韩国成均馆大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校和布鲁克海文国家实验室的研究人员在《应用物理评论》杂志上发表论文称，受到哺乳动物骨骼的启发，他们开发了一种稳定性极强的钠阴极。
“我们相信，大自然会为技术问题提供有效解决方案，”论文作者Ho Seok Park说，“因此，我们一直试图找到能够突破这些动力学和稳定性限制的理想架构。”
哺乳动物骨骼由内部多孔的海绵状骨骼（骨髓在其中储存、运输）和外部坚硬的致密骨骼构成（在重压下保障机械结构完整性）。以此为参照，研究小组创造了一种Na3V2(PO4)3（即NVP）多孔结构，并用致密的还原氧化石墨烯（rGO）将其包裹。NVP是一种钠离子传输速度快但结构不稳定的钠正极材料。
这种类似骨骼的电池装置有助于提高系统的结构完整性，减少电化学和机械应力对电池造成的永久性损伤。而且，NVP与还原氧化石墨烯的结合也为钠离子创造了更有利的环境，增强了电池系统稳定性。这种新型电池可以在经历10000次放电、充电后仍保持超90%的电容量。
不过，研究人员也指出，目前的工作只在概念上证明了仿生钠阴极的可行性，要实现系统的技术性应用还需进一步研究。Park说：“我们需要大规模合成高质量的仿生NVP，优化其组成和结构，并制造、测试大面积高负荷的电极来满足实际的应用需求。”
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编译：花花
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《应用物理评论》
期刊编号：1931-9401
原文链接：
https://phys.org/news/2020-12-batteries-mimic-mammal-bones-stability.html
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