在電池這個龐大的家族中，相比人們熟知的鋰離子電池、鉛酸電池，鈉離子電池等因儲能容量受限、循環(huán)次數(shù)較少因素未能成為市場的“寵兒”。不過，近日中國科學(xué)院物理所研究員胡勇勝帶領(lǐng)團隊成功利用無煙煤制作出鈉離子電池負極，為其進一步市場化應(yīng)用提供了可能。

無煙煤為鈉離子提供存儲空間

研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池有強大的應(yīng)用領(lǐng)域，更多是緣于石墨屬于高度有序的碳材料，它有低而平穩(wěn)的充放電電位平臺，具有充放電容量大且效率高、循環(huán)性能好的優(yōu)點。但石墨卻并不適用于鈉離子，因為鈉離子只有在無序的硬碳材料中才能“大展身手”。不過，從成本角度出發(fā)，硬碳遠遠高于石墨。于是，經(jīng)過幾番試驗，胡勇勝發(fā)現(xiàn)，通過裂解無煙煤可以得到一種軟碳材料，可以將其作為鈉離子電池負極材料。

在經(jīng)過對銅鐵錳基氧化物材料的試驗后，胡勇勝發(fā)現(xiàn)，在層狀材料中加入銅，可以提高材料的導(dǎo)電性，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中相對穩(wěn)定，“這對電池應(yīng)用來說非常重要，因為材料吸水會遇到一系列的問題，會增加材料成本”。胡勇勝說，最終銅鐵錳成為鈉離子電池正極材料的理想選擇。

“相中”低速電動車市場

雖然鈉離子電池距離批量生產(chǎn)、應(yīng)用尚需時日，但胡勇勝已經(jīng)瞄準低速電動車市場。“目前，我國絕大多數(shù)電動自行車、電動三輪車甚至老年代步車的電池使用的均為鉛酸電池。”胡勇勝說，雖然鉛酸電池在價格上有優(yōu)勢，但更高比能量的電池是大勢所趨。

“由于環(huán)保壓力及技術(shù)升級，鉛酸電池的成本勢必會增加，已經(jīng)有不少生產(chǎn)鉛酸電池的主流企業(yè)，開始涉足生產(chǎn)鋰離子電池。”胡勇勝提到。但地球上鋰資源的儲量有限，鋰的應(yīng)用領(lǐng)域卻非常廣闊，除了電池行業(yè)，陶瓷、玻璃、潤滑劑、制冷液、等行業(yè)都對鋰有需求。胡勇勝認為，鈉離子電池的出現(xiàn)有望在一定程度上緩解因鋰資源短缺引發(fā)的發(fā)展受限問題，是鋰離子電池有益的補充。

胡勇勝的團隊經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)：若以銅鐵錳基氧化物為正極，無煙煤基軟碳為負極，鈉離子電池的能量密度達到100Wh/kg。雖然看起來尚不如鋰離子電池，但已是鉛酸電池的兩倍多。同時，實驗室Ah級電池的充放電循環(huán)數(shù)已達500次以上，優(yōu)于鉛酸電池，能量轉(zhuǎn)換效率高達90%，低溫性能良好(-20℃放電容量是室溫放電容量的86%)，并通過了一系列針刺、擠壓、短路、過充、過放等適于鋰離子電池的安全試驗。而且其材料成本卻比鋰離子電池低40%左右。“也就是說如果建立了鉛酸電池的回收制度，鈉離子電池規(guī)模化生產(chǎn)后，其成本將接近鉛酸電池。”

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