自2020年以來，鋰的成本增長了近十倍，Elon Musk將這種金屬稱為“新石油”。降低電池成本不僅可以節省大量資金，還可以更順利地從化石燃料過渡到可再生能源。許多替代電池技術正在研究中，但到目前為止，還沒有一種技術能夠取代鋰成為主要的選擇成分。

現在，亞利桑那州立大學的研究人員提出了一種不同的方法：他們用鈉稀釋鋰，而不是取代鋰。鈉很容易獲得，并且在海水中以氯化鈉（鹽）的形式存在，有可能減輕鋰的財政和環境負擔。

該團隊使用了他們之前開發的一種技術進行了測試，其目標是降低成本并穩定供應鏈，初步結果顯示，10%的鈉鋰混合物（鈉占10%）在熱力學上是穩定的，這一比例預計可以達到20%。他們在7月9日至14日于法國里昂舉行的Goldschmidt Geochemistry Conference上介紹了他們的發現。

任何鋰離子電池的核心都是鋰離子與電池陽極和陰極之間發生的化學反應。陽極通常由石墨制成，而陰極由鋰金屬氧化物組成，通常是鋰鈷氧化物。當電池在使用時，鋰離子通過電解質從陽極流到陰極，在這個過程中釋放能量。當電池充電時，情況正好相反。

研究小組評估了在鋰離子電池陰極中加入鈉的可行性。他們從熱力學的角度研究了這種材料，因為熱力學穩定的分子在各種條件下不太可能分解。

“為了了解制造電池、使用電池、盡可能長時間地保持電池運行，然后最終回收或處理材料，”這項工作的首席研究員Alexandra Navrotsky說，“人們必須了解材料的穩定性。”

為了進行全面測試，還需要研究陽極和電解質的穩定性。然而，Navrotsky說，這些材料在化學上要簡單得多，不太可能引起重大問題。

為了研究鈉摻雜陰極材料的熱力學穩定性，科學家們采用了一種稱為高溫滴量熱法的技術（high-temperature drop calorimetry）。這種方法是他們實驗室首創的，經過幾十年的發展，能夠精確測量高溫下化學反應產生的能量變化。

確定任何材料的熱力學穩定性，例如鈉摻雜陰極，需要測量其形成所涉及的能量，也被稱為反應能量，在這種情況下，來自反應物組分，鋰金屬氧化物和鈉金屬氧化物。理想情況下，研究人員將直接測量將反應物轉化為所需產物所涉及的能量。

然而，對于許多材料來說，即使在高溫下，形成反應也會緩慢發生，這使得直接測量能量變得不切實際或不可行。相反，研究人員測試了將每種成分與第三種材料相結合所涉及的能量，以及將最終產物與同一種第三種物質相結合所涉的能量，并得出這些測量值之間的差異，以確定感興趣的反應能量。Navrotsky說：“在我們的情況下，第三種材料在量熱計滴溶液中熔融鹽溶劑中溶解后，在熱力學上仍然穩定。”

亞利桑那州立大學的研究小組通過調查發現，在高達20%的鈉摻雜下，陰極保持穩定。然而，當他們進一步提高鈉濃度時，他們觀察到了一些有趣的事情。這種材料沒有在成分變化的同時保持相同的結構，而是經歷了結構轉變。不幸的是，這種新結構不具備可行電池所需的電氣性能。

這項研究表明，電池中使用的鋰中，多達20%可能被來自鹽的鈉所取代。這項工作是基本的第一步，表明用鈉稀釋鋰在化學上是可行的。這是否會帶來實用的電池以及相關的成本節約還有待觀察。

未來，研究人員還將繼續尋找最佳混合比例，然后將他們的發現交給電池技術專家，以生產第一批鈉鋰電池。

Navrotsky說：“我們真正感興趣的是了解材料在成分或其他參數下的穩定性差異。我們相信這是開發新電池技術的第一步。我們的研究為探索我們日常生活中所依賴的鋰電池的替代、更實惠和可持續的來源開辟了一條充滿希望的道路。”
責任編輯：彭菁