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鈉離子電池研究新進展:不到80%成本 即可存儲鋰離子電池同等能量
2017-10-11 08:56:00
關鍵詞:鈉離子電池 鋰離子電池 鈉基電池

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  鋰離子電池已經成為了各個行業的儲能首選,從手機到汽車,幾乎無所不包。但是它的電極材料(鋰/Li)比較稀有,因此開采和精煉占據了成本的大頭。多年來,我們一直在尋找更實惠的替代品。而斯坦福大學的研究人員們,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,存儲與鋰離子電池相當的能量!


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圖1:Na2C6O6分子結構,及其在納電池中、于不同條件下所表現的電化學性質(不一致的相變)。


  斯坦福大學最新開發的鈉離子電池,已在儲能成本上將鋰離子電池遠遠拋在后頭。地球擁有廣闊的海洋和鹽湖等鈉鹽來源,因而鈉離子無疑成為了一個完美的低成本儲能候選。


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圖2:Na2C6O6充鈉-去鈉(嵌納-脫納)過程的相位變換。


  此外鈉電池可以有許多種形態,比如筆記本電腦上常見的18650電芯。首席研究者Zhenan Bao表示:“性能上,鋰元素暫時還找不到對手。但它實在太貴太稀有,因而我們需要開發元素更加豐富、成本更加低廉的鈉基電池”。


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圖3:Na2C6O6在充鈉-去鈉(嵌納-脫納)過程中的電壓變化。


  斯坦福團隊采用了鈉鹽電極的設計,充上正電荷的鈉離子會游向充負電荷的磷正極——這兩種元素在自然界中的儲量都很豐富。研究人員還稱:為了改進充放電循環周期,他們分析了電池工作時,鈉離子附著和脫離陰極的原子力水平。


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圖4:可逆相變期間的形態學變化,以及Na2C6O6儲鈉的氧化-還原機制。


  最終,他們的鈉離子電池實現了高達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稱超過了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,實現與鋰離子電池相當的儲電量。


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圖5:Na2C6O6電極在半電池和全電池中的電化學四儲鈉表現。


  下一步,團隊將在磷陽極上投入更多精力,以便壓榨出鈉離子電池的更多性能。與鋰離子相比,團隊也希望進一步提升鈉離子電池的體積能量密度。這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然能源》(Nature Energy)期刊上。

稿件來源: cnBeta.COM
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