鈉離子電池研究新進(jìn)展：不到80%成本 即可存儲(chǔ)鋰離子電池同等能量
鋰離子電池已經(jīng)成為了各個(gè)行業(yè)的儲(chǔ)能首選，從手機(jī)到汽車，幾乎無(wú)所不包。但是它的電極材料（鋰/Li）比較稀有，因此開采和精煉占據(jù)了成本的大頭。多年來(lái)，我們一直在尋找更實(shí)惠的替代品。而斯坦福大學(xué)的研究人員們，就將目光瞄向了古老的材料（鹽/NaCl）上——其最新研制的鈉離子電池，能夠以80%不到的成本，存儲(chǔ)與鋰離子電池相當(dāng)?shù)哪芰浚?/p>
圖1：Na2C6O6分子結(jié)構(gòu)，及其在納電池中、于不同條件下所表現(xiàn)的電化學(xué)性質(zhì)（不一致的相變）。
斯坦福大學(xué)最新開發(fā)的鈉離子電池，已在儲(chǔ)能成本上將鋰離子電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后頭。地球擁有廣闊的海洋和鹽湖等鈉鹽來(lái)源，因而鈉離子無(wú)疑成為了一個(gè)完美的低成本儲(chǔ)能候選。
圖2：Na2C6O6充鈉-去鈉（嵌納-脫納）過(guò)程的相位變換。
此外鈉電池可以有許多種形態(tài)，比如筆記本電腦上常見(jiàn)的18650電芯。首席研究者Zhenan Bao表示：“性能上，鋰元素暫時(shí)還找不到對(duì)手。但它實(shí)在太貴太稀有，因而我們需要開發(fā)元素更加豐富、成本更加低廉的鈉基電池”。
圖3：Na2C6O6在充鈉-去鈉（嵌納-脫納）過(guò)程中的電壓變化。
斯坦福團(tuán)隊(duì)采用了鈉鹽電極的設(shè)計(jì)，充上正電荷的鈉離子會(huì)游向充負(fù)電荷的磷正極——這兩種元素在自然界中的儲(chǔ)量都很豐富。研究人員還稱：為了改進(jìn)充放電循環(huán)周期，他們分析了電池工作時(shí)，鈉離子附著和脫離陰極的原子力水平。
圖4：可逆相變期間的形態(tài)學(xué)變化，以及Na2C6O6儲(chǔ)鈉的氧化-還原機(jī)制。
最終，他們的鈉離子電池實(shí)現(xiàn)了高達(dá)484 mAh/g的可逆容量、以及726 Wh/kg的能量密度。新電池的能源效率據(jù)稱超過(guò)了87%，至于最重要的成本方面，研究人員聲稱可以80%不到的投入，實(shí)現(xiàn)與鋰離子電池相當(dāng)?shù)膬?chǔ)電量。
圖5：Na2C6O6電極在半電池和全電池中的電化學(xué)四儲(chǔ)鈉表現(xiàn)。
下一步，團(tuán)隊(duì)將在磷陽(yáng)極上投入更多精力，以便壓榨出鈉離子電池的更多性能。與鋰離子相比，團(tuán)隊(duì)也希望進(jìn)一步提升鈉離子電池的體積能量密度。這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然能源》（Nature Energy）期刊上。
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