鈉離子電池研究獲突破——新型鈉正極材料誕生

鋰離子電池發(fā)明者領(lǐng)銜的國際團隊提出了一種適用于鈉離子電池的新型正極材料。

鋰離子電池的普及在當(dāng)前移動技術(shù)領(lǐng)域是無與倫比的。但其在電動汽車和儲能領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用受到了生產(chǎn)成本高以及鋰供應(yīng)有限的限制。許多研究人員希望采用更加便宜、更易加工、且原料豐富的鈉離子電池來取代鋰離子電池，從而克服以上問題。

鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相同。放電過程中，鈉離子從負(fù)極向正極遷移，而平衡電子通過外電路轉(zhuǎn)移到負(fù)極，用于供電。在正極，轉(zhuǎn)移而來的電子利用氧化還原對而收集，同時鈉離子嵌入到正極結(jié)構(gòu)當(dāng)中——此過程是可逆的。

“問題是鈉離子的尺寸。”美國奧斯丁德克薩斯大學(xué)的Preetam Singh這樣解釋，“無法簡單的重復(fù)鋰離子技術(shù)，即直接在各種正極和電解質(zhì)材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)中用鈉取代鋰。因為鈉-鈉相互作用很強，無法獲得較好的性能。我們研究的主要動力是尋找不同于老式結(jié)構(gòu)的東西。”

Singh是鋰離子電池發(fā)明者JohnGoodenough領(lǐng)銜的能源材料研究團隊的一員。在最近的研究中，他們采用NaFe(SO4)2作為鈉離子電池正極材料，其中Na+和Fe3+層被SO42-多面體分離在一個固定的距離上。這些固定的空間允許鈉離子擴散，這意味著該材料能夠?qū)崿F(xiàn)理論最大特定容量(每克材料可容納的電量)的80%。

“我認(rèn)為，對于鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用而言，這是一種非常獨特的材料。”日本東京理科大學(xué)(Tokyo University of Science,Japan)電池材料專家ShinichiKomaba評論說，“最有意思的是，在鈉離子電池和鋰離子電池上，它都可以作為驅(qū)動Fe2+/Fe3+氧化還原對的4伏正電極。我期待更多結(jié)合鈉離子和鋰離子化學(xué)的新材料被發(fā)現(xiàn)。”

“目前，這種材料進一步的可能性正在研究當(dāng)中。”Singh繼續(xù)說，“錳、鎳等磁性類似材料也很有趣，我們希望可以獲得更高的功率密度。我們也在努力減少硫酸鹽連接的數(shù)量，這可能會增加材料的容量。”