隨著純電動汽車的普及，以及家用清潔能源存儲的需求不斷上漲，全球研究人員都在尋找可替代鋰離子材料的性能更好的電池，其中鈉離子電池脫穎而出。和鋰相比，鈉的存儲更豐富也成本更低。更重要的是，當在高壓（4.5伏）下循環時，鈉離子電池可以大大新增在給定重量或體積下可以存儲的能量。然而，隨著充放電循環，其性能下降速度過快，因此無法實現商業化。

據外媒報道，美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室（ArgonneNationalLaboratory）的研究人員發現了其性能下降的一個關鍵原因：在制備陰極材料的步驟中形成的原子結構中出現了缺陷。這些缺陷最終會導致陰極發生結構性地震，從而導致電池循環過程中性能下降。了解該原因后，電池開發人員將能夠調整合成條件以制造出性能更加優越的鈉離子陰極。

：阿貢國家實驗室

取得這一發現的關鍵是該團隊依賴阿貢納米材料中心（CNM）和先進光子源（APS）供應的專家級科學能力，這兩個中心都隸屬于美國能源部科學辦公室用戶設施。

阿貢大學化學科學和工程部助理化學家GuiliangXu表示："憑借這些設施，我們能夠在陰極材料合成過程中實時跟蹤其原子結構的變化。"

在陰極合成過程中，材料制造商將陰極混合物在空氣中緩慢加熱到非常高的溫度，并保持一按時間，然后迅速將溫度降至室溫。

CNM納米科學家YuziLiu表示："眼見為實。憑借阿貢的一流科學設施，我們不必猜測，而是直接可以看到合成過程。"為此，該團隊調用了CNM的透射電子顯微鏡和APS的同步加速器X射線束（光束線11-ID-C和20-BM）。

研究數據顯示，在材料合成過程中迅速降低溫度后，陰極顆粒表面變得不那么光滑，并表現出大面積的應變指示。數據還顯示，這些區域的推拉效應在陰極循環過程中發生，導致陰極顆粒開裂和性能下降。

經過進一步研究，該團隊發現，在高溫（130華氏度）或快速充電（一小時而不是10小時）下循環陰極時，這種退化會加劇。

阿貢杰出研究員KhalilAmine指出："我們的發現有關大規模制造改進的鈉離子陰極極為重要。由于所涉材料量較大，比如1000公斤，因此會出現很大的溫度變化，除非采取適當步驟，否則會形成許多缺陷。"

團隊成員早期的研究使得陽極得到極大改進。Xu表示："我們目前可以將改進的陰陽極相匹配，以實現20%至40%的性能提升。同樣重要的是，這種電池將在高壓長期循環下保持這種性能。"

此次發現將會提高電動汽車的續航里程，并降低電網儲能的成本。