可再生能源和电动汽车的增长推动了先进电池的开发，这些电池可以容纳更多电量，重量更轻。由于锂资源有限，科学家们正在寻找更丰富的电池材料。

　　钠已成为一种很有前途的电池材料。由于钠比锂更便宜、更丰富，因此生产这些电池比锂电池更便宜、更环保。此外，理论上钠可以提供比锂更高的能量密度。然而，将传统的钠电池商业化一直是一个挑战。一个创造性的解决方案可能是制造一种没有阳极的电池。

　　加州大学圣地亚哥分校和芝加哥大学的研究人员发明了世界上第一款无阳极全固态钠电池，可用于电动汽车和电网存储领域。

　　什么是无阳极电池?

　　无阳极电池结构只有一个电极——富含金属的阴极，在这种情况下，阴极由钠制成。阴极连接到金属集电器。没有物理阳极。

　　当电池充电时，金属离子从阴极移动并直接沉积在集电器上。然后集电器充当临时阳极，使电池能够以与金属离子电池类似的方式(从电化学角度来说)放电。

　　无阳极电池结构具有较高的比能、电池电压和能量密度，且结构复杂度较低。它们的重量和成本较低。

　　去除阳极是有益的，因为它是钠基电池中许多技术挑战的根源。

　　克服钠电池中的阳极挑战

　　钠电池具有较高的理论能量密度，但其性能仍面临许多挑战，特别是倍率性能、库仑效率和循环稳定性。

　　问题都出在阳极上。钠的原子半径比锂大，这导致钠离子进出阳极(钠化和脱钠过程)时的反应动力学较慢。

　　从电池中移除阳极可以消除这些插入挑战。虽然钠电池、固态电池和无阳极电池都是独立制造的，但到目前为止，它们还没有被组合成一个架构。

　　无钠阳极电池特点

　　芝加哥大学和加州大学圣地亚哥分校的研究人员创造了一种无阳极钠全固态电池，可在数百次循环中保持稳定循环。

　　为了制造出电解质和集电器之间具有完整界面连接的全固态电池，研究人员开发了一种包围电解质的集电器。在传统结构中，电解质覆盖集电器。

　　研究人员使用一种可以像液体一样流动的铝粉来制作集电器。在电池组装过程中，一旦粉末沉积并覆盖电解质，就会在高压下致密化。致密化过程会形成一个固体集电器，它与电解质保持液体般的紧密接触。

　　铝集流体还促进了与电解质的有效固-固接触，从而实现了在高电流密度和面积容量下高度可逆的钠电镀和剥离。

　　该架构利用了钠电池更高的能量密度，避免了钠电池的传统缺陷。随着技术的成熟，电池设计人员理论上可以实现比锂电池更高的能量密度。

　　无阳极电池需要电解质和集电器之间有良好的界面接触。使用液体电解质很容易实现这一点，因为液体可以流过整个界面。然而，随着时间的推移，液体电解质会产生一种称为固体电解质界面相的堆积物，从而降低电池的效率。然而，传统的固态电解质无法实现与液体电解质相当的界面覆盖。

　　更可持续的选择

　　目前电池中使用的锂在地壳中的含量仅为约百万分之二十。相比之下，钠的含量为百万分之二十万，因此对于现代社会日益增长的电池需求而言，钠是一种更具可持续性的选择。

　　锂矿床也高度集中在世界特定地区。智利、阿根廷和玻利维亚的“锂三角”拥有全球 75% 以上的锂供应，其他主要矿床位于北卡罗来纳州、内华达州和澳大利亚。如果地缘政治紧张局势加剧，供应链受限于全球特定地区的资源总是处于危险之中。

　　锂矿开采也会破坏环境，因为开采方法使用强酸来分解矿石，而盐水提取方法会将大量的水泵到地表进行干燥。

　　相比之下，钠元素普遍存在于海洋和纯碱矿中，因此不容易受到地区垄断。钠元素的提取方法也更加环保，为大规模电池制造提供了更可持续的选择。

　　无阳极电池瞄准电动汽车和电网存储

　　这款无阳极钠电池专为电动汽车和电网存储而设计。它可以制造出更高效、更便宜、更轻的电池，使电动汽车更加环保、更实惠、更高效。

　　对于电网存储，电池将引领分布式能源资源的开发。美国每小时需要 1 太瓦的能源来维持电网运行。随着脱碳努力的加强，将需要数百太瓦时的电池。由于需要更多的电池，钠这种廉价而丰富的材料很有吸引力。