作者：JamesBadham

電池為我們的生活提供動力：我們依靠電池來保持手機和筆記本電腦的嗡嗡聲，讓我們的混合動力和電動汽車上路。但是，越來越多地采用最常用的鋰離子電池實際上可能導致成本增加和鋰的潛在短缺——這就是為什么鈉離子電池作為一種可能的替代品正在被大力研究的原因。它們性能良好，鈉，一種與鋰密切相關的堿金屬，價格便宜，儲量豐富。

挑戰？鈉離子電池比鋰離子電池壽命短。

現在，加州大學圣巴巴拉分校（UCSantaBarbara）的計算材料科學家克里斯?范?德?瓦勒（ChrisvandeWalle）及其同事發現了鈉電池容量損失的原因：氫的意外存在導致了電池電極的退化。vandeWalle和合著者朱震（音譯）和HartwinPeelaers在《材料化學》雜志上發表了他們的發現。

“氫通常在陰極材料的制造過程中存在，也可以從環境或電解液中合成，”現在在谷歌工作的朱說。眾所周知，氫對電子材料的性能有很大的影響，所以我們很好奇它對鈉離子電池常用陰極材料NamNO2（鈉錳二氧化物）的影響。為了研究這一點，研究人員使用了能夠預測雜質存在引起的結構和化學效應。

現在在堪薩斯大學的Peelaers教授描述了關鍵的發現：“我們很快意識到氫可以很容易地穿透材料，而且氫的存在使錳原子從將材料固定在一起的氧化錳骨架上脫離。這種錳的去除是不可逆的，會導致電池容量下降，最終導致電池退化。”

這項研究是在加州大學圣巴巴拉分校vandeWalle的計算材料小組進行的。

vandeWalle說：“早期的研究表明，錳的損失可能發生在與電解質的界面上，也可能與相變有關，但它并沒有真正確定觸發因素。我們的新結果表明，如果存在氫，錳的損失可以發生在材料的任何地方。由于氫原子小且具有反應性，氫是材料中常見的污染物。既然它的有害影響已經被標記出來，那么在電池的制造和封裝過程中可以采取措施來抑制氫的結合，這將導致更好的性能。”

事實上，研究人員懷疑，即使是無處不在的鋰離子電池，也可能遭受意外的氫結合的不良影響。目前還不清楚這是否會因為在這個成熟的材料系統中制造方法的進一步進步而導致較少的問題，或者因為鋰電池具有更高的抗氫性能的根本原因，這將是未來研究的一個領域。

這項工作由美國能源部科學辦公室（DOE）資助。計算資源由能源部支持的國家能源研究科學計算中心提供。