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    鈉基電池是否可以取代鋰離子電池?

    鉅大LARGE  |  點擊量:970次  |  2021年02月25日  

    鈉離子電池中,鈉離子可附著在肌醇上,而肌醇是一種常見的化合物,可從米糠或玉米加工過程中的液體副產物中提取。鈉離子和肌醇的新結合顯著改善鈉基電池的離子循環,使離子能更加有效地從陰極移動穿過電解質到磷陽極,繼而出現更強的電流。


    既然鈉電池有這么多的好處,那為何我們沒有早點使用它?事實上,鈉還并不能完全取代鋰離子電池,鈉離子的尺寸更大,并且其化學性質與鋰也不完全相同。由于目前用于制造鋰離子電池的材料并不適用于鈉,因此在鋰被取代之前,我們要在電池制造技術的某些方面進行革新。而好消息是,日本名古屋工業大學的研究人員正在致力于此,他們已經證明,當一種名叫Na2V3O7的特定化合物與鈉搭配時,展現出了令人滿意的電化學性能,而且其晶體結構和電子結構也與鈉相容。更棒的是,用這種材料制成的鈉離子電池顯示出了驚人的充電速度:僅約6分鐘。你的手機有這么快充滿過電嗎?


    這種新型電池里的鈉與一種叫做肌醇的化合物結合在一起,這是一種在家用產品中常見的有機化合物,包括嬰兒配方奶粉。正如鈉的含量比鋰要豐富得多,米糠醇很容易從米糠中提煉出來,也可以在玉米加工過程中出現的副產品中找到。這將有助于確保材料收集具有成本效益。


    這種新型的材料使用了全新的思路,大大提升了鈉離子電池的性能其循環電池容量達到了484mAh/g,陰極能量密度更是高達726Wh/kg。更加令人矚目的是,由于地球上鈉的儲量極為豐富,鈉離子電池陰極材料開采、生產成本僅為鋰離子電池的1/100,從而將鈉離子電池的整體成本控制到鋰離子電池的80%左右。這一突破性的技術進展,讓人類在大規模能源儲存的道路上再一次邁出堅實的一步。


    新能源汽車的技術核心在鋰離子電池,不過現在有一種鈉基電池,可以用更低的價格存儲和最新鋰離子電池相同的能量。材料價格占據電池價格的四分之一,鋰的成本高達15000美元/噸,而鈉只要150美元/噸。


    鈉基和鉀基電池面對的最大障礙之一是它們會更快地衰變和退化,且能量密度比鋰離子電池更低。但情況并非總是如此。研究人員在研究了鋰離子、鈉離子和鉀離子與硫化鐵粒子的反應時發現:鈉和鉀與硫化鐵在反應過程中更加穩定,這表明基于鈉或鉀的電池壽命可能比預期長得多。


    隨著全球對鋰離子電池的需求不斷新增,鋰礦的開采供不應求,價格也水漲船高。隨著儲量的消耗,其價格可能進一步攀升。為了滿足現有的鋰離子電池產量需求,世界范圍內各個礦場的產量都已經被逼到了極限,再新增產量十分困難。


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