斯坦福大學(xué)：這款高性價比鈉基電池 性能優(yōu)于80%的鋰基電池
無論是推出最新超級電池的東芝，還是一直在電池技術(shù)上處于霸主地位的特斯拉，他們采用的電池都是基于鋰，也就是大家常說的鋰電池。
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究，20世紀(jì)70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。
由于鋰的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，使得在鋰的加工、保存和使用過程中對環(huán)境要求非常高，所以，鋰電池曾長期沒有得到應(yīng)用，不過隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池逐漸發(fā)展成為現(xiàn)在的主流。
但是此處值得注意的是，雖然鋰具有優(yōu)秀的性能，地球上鋰的存儲量卻是極少的，因此鋰的價格也十分之高。
而如今，隨著人們對環(huán)境保護(hù)的需求增加，加之風(fēng)力和太陽能供電技術(shù)的發(fā)展，我們對電力存儲能力的需求也隨之增加，因此成本問題也愈加嚴(yán)峻。
研究初衷：保性能，降成本
就如何降低成本這一問題，斯坦福大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)研制出了一種新型鈉基電池，并發(fā)表了最新論文。在文中，研究者在價格和性能兩方面詳細(xì)對比了鈉基電池與鋰基電池，證明了該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的鈉基電池可以以更低的成本儲存與最先進(jìn)的鋰離子電池相同的電量。
對于鋰電池卓越的存儲能力，此次研究的主要作者鮑哲南(音譯)表示十分認(rèn)可，他說道：“鋰在電池領(lǐng)域始終占據(jù)霸主地位，它卓越的存儲能力是不容置疑的，但是鋰礦的量是很少的，因此利用鋰來制造電池的成本就會很高，所以我們想要研制出利用地球上富足的元素來制造電池。”
研究表明，電池材料的成本約占電池總成本的1/4。選用鋰礦，每噸是15000美元，而選用鈉礦，每噸只有150美元，這里同等條件下，鈉的成本只有鋰的1/10，這也就是該研究團(tuán)隊(duì)堅持選擇鈉的原因。
顛覆傳統(tǒng)電池構(gòu)造：鈉-肌醇
值得注意的是，該研究團(tuán)隊(duì)并不是第一個研究鈉基電池的團(tuán)隊(duì)，但此前在該方面研究的項(xiàng)目并未取得進(jìn)展。
不同于之前已有的研究，斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用的是與我們平時食用的鹽很相似的組成原理，在食用鹽里，氯化物與鈉離子組合成鹽的基本成分：氯化鈉;而在這款鈉基電池里，研究人員將鈉離子與肌醇組合。
肌醇與鈉的組合不像氯化鈉一樣常見，但是肌醇是工業(yè)界中一種常見的有機(jī)化合物，它源于米糠，現(xiàn)存在于嬰兒奶粉配方中。
在常用的鈉基電池中，鈉構(gòu)成陰極，用于存儲電子，在充電過程中，電池內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)磷將鈉極電子傳送到陽極端，同理，放電過程則相反。在電流流動過程中，如果陰極傳送電子和陽極釋放電子這兩個過程的效率都提高，那么整個電池的存儲和放電效率就會更高，這樣電池的性能就會更優(yōu)。
基于這一認(rèn)識，斯坦福大學(xué)的博士后學(xué)者M(jìn)in Ah Lee及團(tuán)隊(duì)成員改進(jìn)了鈉與肌醇之間傳輸電子的性能，具體改進(jìn)方法不得而知，但這一方法顯著提升了當(dāng)前已有的鈉基電池的性能，超越了此前所有的研究與嘗試。
研究成果：性能優(yōu)于80%的鋰基電池
這一項(xiàng)重大改進(jìn)將鈉基電池與居于“霸主”地位的鋰基電池拉近了距離，于是團(tuán)隊(duì)開始將改進(jìn)后的鈉基電池與現(xiàn)有的鋰電池進(jìn)行比較和分析。分析結(jié)果表明，就性價比而言，該鈉基電池優(yōu)于鋰基電池;而單就性能來看，該新型鈉基電池優(yōu)于市面上80%的鋰基電池。
為了進(jìn)一步優(yōu)化該電池的性能，推動電池技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)還優(yōu)化了這種電池的充放電周期。
舉例來看這一優(yōu)化的必要性，如屋頂太陽能陣列將光能轉(zhuǎn)化為電力后，電池將怎樣有效地存儲這種電能，以及如何有效地將存儲的電力提供給房屋的燈等電力設(shè)備。
據(jù)團(tuán)隊(duì)表示，接下來，他們開始考慮每立方體積內(nèi)的能量密度，即鈉離子電池要儲存與鋰離子系統(tǒng)相同的能量，電池將會有多大，以及怎樣改進(jìn)電池的大小。
據(jù)了解，為了更好地研究電池的充放電過程，博士后學(xué)者Jihyun Hong和研究生Kipil Lim與SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Chueh和Michael Toney合作,他們精確地研究了鈉離子如何與陰極附著和分離，這有助于提高其整體電池設(shè)計和性能。
對于這一研究，材料科學(xué)家崔毅(音譯)表示：“這已經(jīng)是一個很好的設(shè)計，但是我們有信心進(jìn)一步優(yōu)化磷的傳輸能力。”
相關(guān)閱讀：
驗(yàn)證碼：
