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重大突破!新型鈉基電池有望取代鋰電池

來源:存能電氣  日期:2019-04-19 09:52  瀏覽量:

  重大突破!新型鈉基電池有望取代鋰電池。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,有望取代因資源儲量有限而價格高昂的鋰電池。

  新型鈉基電池有望取代鋰電池

鈉基電池.jpg

  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)的研究人員開發(fā)出來。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(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穿過電解質(zhì)到磷陽極,繼而產(chǎn)生更強的電流。

  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(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)進展,讓人類在大規(guī)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(shù)核心在鋰電池,不過現(xiàn)在有一種鈉基電池,可以用更低的價格存儲和最新鋰電池一樣的能量。材料價格占據(jù)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。

  鈉基和鉀基電池面臨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)時發(fā)現(xiàn):鈉和鉀與硫化鐵在反應(yīng)過程中更加穩(wěn)定,這表明基于鈉或鉀的電池壽命可能比預(yù)期長得多。

  隨著全球?qū)︿囯姵氐男枨蟛粩嘣黾?,鋰礦的開采供不應(yīng)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(xiàn)有的鋰電池產(chǎn)量需求,世界范圍內(nèi)各個礦場的產(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,加速開采還會讓這些有限的礦產(chǎn)資源提前耗盡,從而進一步推高價格。

  與鋰資源相比,地球上的鈉資源儲量簡直豐富到“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15,000美元的價格相比,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)的進步,有越來越多的電動汽車出現(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,但它們在地殼中的含量比鋰元素豐富1000倍,這對于大規(guī)模的儲能,如家庭或電網(wǎng)的備用電源來說是很重要的。

  去年,斯坦福大學(xué)的科學(xué)家成功地開發(fā)了鈉基電池,據(jù)海外華人新聞報道。電池可以儲存與鋰電池相同的電量,其制造成本遠遠低于鋰電池,或者它可以代替鋰電池。盡管價格優(yōu)勢明顯,但是鈉基電池的研發(fā)還有很長的路。

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