電池技術的未來在于鈉。相比目前為大多數設備和車輛提供動力的鋰，鈉更可持續，而地球表面的鈉儲量也很豐富。唯一的問題是，它的離子在傳統電池的液態電解質中無法輕易移動，從而使其效率低于鋰。因此，解決之道在于開發固體電解質。日內瓦大學的一個科學團隊成功地應對了這一挑戰，它采用的方法是修改由碳、硼和氫組成的一種材料的晶體結構。該研究小組還確定了應用于電池的理想壓力，使其能有效運行。這些研究結果可以在美國化學學會的《應用材料與界面》，以及《先進材料·相互作用》雜志上讀到。

 

20世紀90年代初引入市場的鋰離子電池現在為大多數電子設備和電動汽車提供動力。然而，它們存在兩大缺點。它們所含的液體電解質——可以讓正離子在電池的兩個電極之間流動——具有很高的易燃性。如果出現泄漏，它會與氧氣發生劇烈反應，從而給使用者帶來重大危害。鋰的供應也存在問題。鋰在全球分布不均。同石油一樣，它占據了重大地緣政治問題的核心。

 

一種替代電池就是鈉電池。這種化學元素在陸地和海洋中都很豐富，而且比鋰便宜。它還更容易回收利用。然而，對它的使用并不多。日內瓦大學理學院晶體學實驗室研究人員法布里齊奧·穆爾賈說：“生產這種電池所使用的技術與鋰電池不同。業界尚不愿意采用這種較不熟悉的技術。”

 

由于鈉比鋰重，其離子在液態電解質中的移動也較不容易。解決辦法是設計一種不易燃的固體電解質。然而，迄今為止人們開發的這類電解質——由硼和氫構成——還無法實現鋰電池的性能。日內瓦大學晶體學實驗室近期進行的兩項研究——由拉多萬·塞爾尼教授領導——已經成功地解決了相關問題。

 

第一項研究發表在美國化學學會的《應用材料與界面》上。研究人員開發了一種高效材料：NaCB11H12。塞爾尼解釋說：“最初，這種用于核醫學的材料是不導電的。通過改變其晶體結構——更準確地說是改變原子的空間排列，我們成功地使其具備了導電性，這使其成為目前最有效的運送鈉離子的手段。”為了實現這一結果，該研究團隊讓這種化合物在一個球磨機內承受高能沖擊，從而產生高溫。這是一種在水泥行業廣泛使用的高能效方法。

 

第二項研究發表在《先進材料·相互作用》雜志上。該研究項目則涉及將這種材料置于工作環境中。電池要工作，電解質，無論是液體還是固體，必須與電池的正負電極密切接觸。因此，必須把它牢牢地控制在電池內。曾在該晶體學實驗室擔任博士后研究員的馬泰奧·布里吉解釋說：“為實現這一目標，必須通過螺絲或彈簧施加壓力。我們尋找了作用于我們的固體電解質的理想‘力量’。”研究表明，這應該是大約400個大氣壓，相當于水下4000米處的壓力。這個壓力轉動幾圈螺絲就可輕易實現。

 

這些發現為較輕松地生產鈉電池掃清了道路，在汽車行業尤其如此。穆爾賈說：“由于這些電池的重量略重，它們可以主要用于為汽車提供動力。制造它們的成本效益還有待評估，但現在重要的是，業界要認識到，我們發現的這種材料真的很有趣。”