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钠离子电池:锂电池盛世下的“后起之秀”

北极星电力会展网 来源:电池中国网 2017-07-27 10:01:13

2017年7月初,一篇《钠电池企业AquionEnergy破产都是锂电池惹的祸?》的文章,将钠离子电池推到了人们视野中。不难发现,近半年来钠离子电池的研究发展进入密集化时期,虽然还没有进入商业化,但是钠离子电池无疑成为锂电池盛世下的“后起之秀”。

目前电池主要应用在电动汽车、储能和消费类电子等领域,尤其近几年电动汽车和储能产业的快速发展,电池特别是锂离子电池的需求量越来越大,锂离子电池逐渐暴露其部分局限性:一是锂资源不足的问题;二是资源循环利用的问题。这些现实问题的出现,倒逼着企业、行业来选择储量更丰富、材料更便宜的电池体系。在不断的寻找中,钠离子电池体系日益受到产业的关注。

德州大学达拉斯分校下属的埃里克强森工程与计算机科学学院材料科技与工程专业的KyeongjaeCho教授表示:“锂的价格较为昂贵,矿产资源有限,全球只有几处锂矿。但钠就不存在矿产不足的问题,完全可以从海水中提取。”

华南理工大学环境和能源学院副教授熊训辉称,钠离子电池工作原理与锂离子电池类似,都是利用离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。但前者因钠资源丰富而成本更低,且因其电压平台高,安全性更高。

寻找合适的电极材料一直都是钠离子电池发展的关键。

近日,钠离子电池负极材料得到突破。熊训辉和美国佐治亚理工学院材料科学与工程学院教授刘美林等经过不断地研究,开发出通过商业硫化锑与氧化石墨烯与钠溶液后混合,再通过控制结晶和烧结制备改性石墨烯与纳米硫化锑的复合材料。由该材料和钠片组装成的半电池,在快速充放电(充放电40分钟左右完成)900个循环后容量保持率仍高达83%。

据了解,该复合材料具有很好的循环性能,使钠离子电池实现应用迈近了一大步。

除了负极材料,正极材料也是钠离子电池的重要战场。

最近,在国家自然科学基金委、国家科技部和中科院的支持下,中国科学院化学所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员郭玉国课题组的研究人员,通过材料动力学理论计算并结合实验,突破单一金属离子正极的限制,结合多种金属离子优势,获得综合性能优异的O3-NaFe0.45Co0.5Mg0.05O2正极材料。

据了解,该方法显著提升了材料暴露在空气中甚至浸泡在水中的结构稳定性和容量保持能力,降低了材料的储存费用,促进了其实际应用,为将来设计高性能钠离子电池正极材料以及材料结构优化提供了指导。

 

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