中國粉體網(wǎng)訊 在電池這個龐大的家族中,，相比人們熟知的鋰離子電池、鉛酸電池,，鎳鎘電池,、鈉離子電池等因儲能容量受限、循環(huán)次數(shù)較少因素未能成為市場的“寵兒”,。
不過,，近日中國科學院物理所研究員胡勇勝帶領(lǐng)團隊給鈉離子電池的市場帶來了一針“強心劑”。他的團隊成功利用無煙煤制作出鈉離子電池負極,，為其進一步市場化應用提供了可能,。
其實，鈉離子電池與鋰離子電池是同屬于一個時期發(fā)展起來的,。但鈉離子電池卻一直發(fā)展遲滯,，其重要原因就是沒有找到合適的負極材料，讓鈉離子變身為低成本,、可實際應用的電池,。但是實際上，與鋰相比,，鈉儲量豐富,、分布廣泛、成本低廉,，并且與鋰具有相似的理化性質(zhì),。
鑒于此，科學家們從未放棄對鈉離子電池的研究,。
無煙煤為鈉離子提供存儲空間
研究發(fā)現(xiàn),，鋰離子電池有強大的應用領(lǐng)域,，更多是緣于石墨屬于高度有序的碳材料，它有低而平穩(wěn)的充放電電位平臺,，具有充放電容量大且效率高,、循環(huán)性能好的優(yōu)點。
但石墨卻并不適用于鈉離子,，因為鈉離子只有在無序的硬碳材料中才能“大展身手”,。并且，“在眾多的負極材料中,，目前硬碳材料的電化學性能最好”,。作為新能源材料的研究者，胡勇勝一直致力于鈉離子電池的研究,。
不過,，從成本角度出發(fā)，硬碳遠遠高于石墨,。于是,，經(jīng)過幾番試驗，胡勇勝發(fā)現(xiàn),，通過裂解無煙煤可以得到一種軟碳材料,，可以將其作為鈉離子電池負極材料。
“我們先將無煙煤粉碎,，然后加熱到一定的溫度,，就可以獲得無序的軟碳材料。再者,，因為無煙煤的產(chǎn)碳率高達90%,，其裂解過程本身也很少有污染物產(chǎn)生，最重要的是使用無煙煤作為原料,，能夠大大降低鈉離子電池負極材料的成本,。”胡勇勝說,。
其實,，胡勇勝的團隊不僅對鈉離子電池的負極材料進行開拓性研究，在2015年,，他們在鈉離子電池的正極材料研究中也有新發(fā)現(xiàn),。
目前，鋰離子電池的正極材料往往含有鎳和鈷,，如果鈉離子電池正極材料也同樣使用鎳和鈷,，成本的下降空間有限，所以尋找新材料替代鎳與鈷勢在必行。
在經(jīng)過對銅鐵錳基氧化物材料的試驗后,，胡勇勝發(fā)現(xiàn),，在層狀材料中加入銅,，可以提高材料的導電性,，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中相對穩(wěn)定,，“這對電池應用來說非常重要,，因為材料吸水會遇到一系列的問題，會增加材料成本”,。胡勇勝說,，最終銅鐵錳成為鈉離子電池正極材料的理想選擇。
“相中”低速電動車市場
雖然鈉離子電池距離批量生產(chǎn),、應用尚需時日,，但胡勇勝已經(jīng)瞄準低速電動車市場�,！澳壳�,，我國絕大多數(shù)電動自行車、電動三輪車甚至老年代步車的電池使用的均為鉛酸電池,�,！焙聞僬f，雖然鉛酸電池在價格上似乎還有一點優(yōu)勢,，但因為國內(nèi)一直沒有建立起完善的回收制度,，其帶來的環(huán)境污染隱患同樣無法忽視。
幾年前,，國家就開始關(guān)注鉛酸電池污染一事,，并于今年1月3日國務院正式出臺《生產(chǎn)者責任延伸制度推行方案》，率先確定對電器電子,、汽車,、鉛酸蓄電池和包裝物等4類產(chǎn)品實施生產(chǎn)者責任延伸制度：以誰生產(chǎn)誰負責、誰污染誰負責的原則建立回收體系,，鉛酸電池生產(chǎn)企業(yè)只圖利而對污染不負責任的時代即將結(jié)束,。
“回收制度建立后，鉛酸電池的成本勢必會增加,。由于環(huán)保壓力及技術(shù)升級,，已經(jīng)有不少生產(chǎn)鉛酸電池的主流企業(yè)，開始涉足生產(chǎn)鋰離子電池,�,！焙聞偬岬健�
但地球上可開采的鋰資源的儲量有限，鋰的應用領(lǐng)域卻非常廣闊,，除了眾所周知的電池行業(yè),，陶瓷、玻璃,、潤滑劑,、制冷液、核工業(yè)以及光電等行業(yè)都對鋰有需求,。胡勇勝認為,，鈉離子電池的出現(xiàn)有望在一定程度上緩解因鋰資源短缺引發(fā)的發(fā)展受限問題，是鋰離子電池有益的補充,。
胡勇勝的團隊經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)：若以銅鐵錳基氧化物為正極,，無煙煤基軟碳為負極，鈉離子電池的能量密度達到100 Wh/kg,。雖然看起來尚不如鋰離子電池,，但已是鉛酸電池的兩倍多。同時,，實驗室Ah級電池的充放電循環(huán)數(shù)已達500次以上,，優(yōu)于鉛酸電池，能量轉(zhuǎn)換效率高達90%,，低溫性能良好（-20℃放電容量是室溫放電容量的86%）,，并通過了一系列針刺、擠壓,、短路,、過充、過放等適于鋰離子電池的安全試驗,。而且其材料成本卻比鋰離子電池低40%左右,。
“也就是說如果建立了鉛酸電池的回收制度，鈉離子電池規(guī)�,；a(chǎn)后,，其成本將接近鉛酸電池�,！焙聞僬J為,，更重要的是，以銅鐵錳為正極的鈉離子電池在生產(chǎn)過程以及回收過程中都不會產(chǎn)生對環(huán)境不友好的產(chǎn)物,。
前景可期
除了瞄準低速電動車市場,，胡勇勝還期待，鈉離子電池能在儲能方面大放異彩,。
近日,，國家能源局發(fā)布去年風電并網(wǎng)運行情況，截至去年12月，全年新增風電裝機1930萬千瓦,，累計并網(wǎng)裝機容量達到1.49億千瓦,，占全部發(fā)電裝機容量的9%，風電發(fā)電量2410億千瓦時,，占全部發(fā)電量的4%,。
不過，去年棄風電量也高達497億千瓦時,�,！斑@就是緣于目前缺乏合適的大規(guī)模儲能技術(shù),�,！焙聞儆行┩锵А�
因為儲能電池需要數(shù)量眾多,，因此就要求其成本不能過高,，而其安全性與穩(wěn)定性也是考量因素。而鋰資源稀缺的現(xiàn)狀,，更使其難以成為大規(guī)模的儲能電池的“中意者”,。
鈉離子電池的發(fā)展卻讓儲能電池成為可能。在胡勇勝看來,，“當循環(huán)次數(shù)達到5000次時,，鈉離子電池就可以考慮向儲能電池行業(yè)發(fā)展”。
胡勇勝進一步解釋：首先,，鈉在地球的儲量相對豐富,，成本較低；其次,，這種電池的材料及生產(chǎn)工藝相當環(huán)保,，不會對環(huán)境造成污染；第三,，它的使用比較安全,；第四，鈉離子電池可以將電完全放空,，不用擔心鋰離子電池的過放現(xiàn)象,。“最重要的是,，鈉離子電池的生產(chǎn)可以沿用現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)工序和裝備,，無需另起爐灶�,！�
“未來鈉離子電池可以逐步取代鉛酸電池,，在各類低速電動車中獲得廣泛應用，與鋰離子電池形成互補�,！焙聞倌抗庵杏兴诖�,。
