據(jù)科研調(diào)查，鈉基電池和鉀基電池有望替代傳統(tǒng)的鋰電池?？茖W(xué)家研發(fā)出了一種新型鈉離子電池陰極材料。該材料擁有高電池容量且循環(huán)壽命長(zhǎng)，有望取代因資源儲(chǔ)量有限而價(jià)格高昂的鋰電池。

新型鈉基電池有望取代鋰電池

鈉基電池是鈉與一種叫做肌醇的化合物結(jié)合在一起的一種電池。2017年10月，由斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出來(lái)。鈉離子電池中，鈉離子可附著在肌醇上，而肌醇是一種常見(jiàn)的化合物，可從米糠或玉米加工過(guò)程中的液體副產(chǎn)物中提取。鈉離子和肌醇的新結(jié)合顯著改善鈉基電池的離子循環(huán)，使離子能更有效地從陰極移動(dòng)穿過(guò)電解質(zhì)到磷陽(yáng)極，繼而產(chǎn)生更強(qiáng)的電流。

這種新型電池里的鈉與一種叫做肌醇的化合物結(jié)合在一起，這是一種在家用產(chǎn)品中常見(jiàn)的有機(jī)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(lái)，也可以在玉米加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)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(huán)電池容量達(dá)到了484mAh/g，陰極能量密度更是高達(dá)726Wh/kg。更加令人矚目的是，由于地球上鈉的儲(chǔ)量極為豐富，鈉離子電池陰極材料開(kāi)采、生產(chǎn)成本僅為鋰電池的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(shù)進(jìn)展，讓人類在大規(guī)模能源儲(chǔ)存的道路上再一次邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

新能源汽車的技術(shù)核心在鋰電池，不過(guò)現(xiàn)在有一種鈉基電池，可以用更低的價(jià)格存儲(chǔ)和最新鋰電池一樣的能量。材料價(jià)格占據(jù)電池價(jià)格的四分之一，鋰的成本高達(dá)15000美元/噸，而鈉只要150美元/噸。

鈉基和鉀基電池面臨的最大障礙之一是它們會(huì)更快地衰變和退化，且能量密度比鋰電池更低。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(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)：鈉和鉀與硫化鐵在反應(yīng)過(guò)程中更加穩(wěn)定，這表明基于鈉或鉀的電池壽命可能比預(yù)期長(zhǎng)得多。

隨著全球?qū)︿囯姵氐男枨蟛粩嘣黾?，鋰礦的開(kāi)采供不應(yīng)求，價(jià)格也水漲船高。隨著儲(chǔ)量的消耗，其價(jià)格可能進(jìn)一步攀升。為了滿足現(xiàn)有的鋰電池產(chǎn)量需求，世界范圍內(nèi)各個(gè)礦場(chǎng)的產(chǎn)能都已經(jīng)被逼到了極限，再增加產(chǎn)能十分困難。更不用說(shuō)，加速開(kāi)采還會(huì)讓這些有限的礦產(chǎn)資源提前耗盡，從而進(jìn)一步推高價(jià)格。

與鋰資源相比，地球上的鈉資源儲(chǔ)量簡(jiǎn)直豐富到“不可能被耗盡”：從浩瀚的大海里，到每家每戶的餐桌上，到處都有氯化鈉——食鹽的身影。與鋰離子電池材料每噸高達(dá)15,000美元的價(jià)格相比，如果用鈉離子作為電極材料，其每噸成本將只有150美元，便宜足有100倍之多。

隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，有越來(lái)越多的電動(dòng)汽車出現(xiàn)在人們的視界中，這也引發(fā)了人們的擔(dān)憂：可能會(huì)導(dǎo)致金屬鋰電池的供應(yīng)出現(xiàn)枯竭。所以雖然目前鈉基和鉀基電池的能量密度并不高，但它們?cè)诘貧ぶ械暮勘蠕囋刎S富1000倍，這對(duì)于大規(guī)模的儲(chǔ)能，如家庭或電網(wǎng)的備用電源來(lái)說(shuō)是很重要的。

去年，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家成功地開(kāi)發(fā)了鈉基電池，據(jù)海外華人新聞報(bào)道。電池可以儲(chǔ)存與鋰電池相同的電量，其制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋰電池，或者它可以代替鋰電池。盡管價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，但是鈉基電池的研發(fā)還有很長(zhǎng)的路。