中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在電池這個(gè)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(chǔ)能容量受限,、循環(huán)次數(shù)較少因素未能成為市場(chǎng)的“寵兒”,。
不過(guò)，近日中國(guó)科學(xué)院物理所研究員胡勇勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)給鈉離子電池的市場(chǎng)帶來(lái)了一針“強(qiáng)心劑”,。他的團(tuán)隊(duì)成功利用無(wú)煙煤制作出鈉離子電池負(fù)極,，為其進(jìn)一步市場(chǎng)化應(yīng)用提供了可能。
其實(shí),，鈉離子電池與鋰離子電池是同屬于一個(gè)時(shí)期發(fā)展起來(lái)的,。但鈉離子電池卻一直發(fā)展遲滯，其重要原因就是沒(méi)有找到合適的負(fù)極材料,，讓鈉離子變身為低成本,、可實(shí)際應(yīng)用的電池。但是實(shí)際上,，與鋰相比,，鈉儲(chǔ)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(xué)家們從未放棄對(duì)鈉離子電池的研究,。
無(wú)煙煤為鈉離子提供存儲(chǔ)空間
研究發(fā)現(xiàn),，鋰離子電池有強(qiáng)大的應(yīng)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(tái),，具有充放電容量大且效率高、循環(huán)性能好的優(yōu)點(diǎn),。
但石墨卻并不適用于鈉離子,，因?yàn)殁c離子只有在無(wú)序的硬碳材料中才能“大展身手”。并且,，“在眾多的負(fù)極材料中,，目前硬碳材料的電化學(xué)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(guò)，從成本角度出發(fā),，硬碳遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石墨,。于是，經(jīng)過(guò)幾番試驗(yàn),，胡勇勝發(fā)現(xiàn),，通過(guò)裂解無(wú)煙煤可以得到一種軟碳材料，可以將其作為鈉離子電池負(fù)極材料,。
“我們先將無(wú)煙煤粉碎,，然后加熱到一定的溫度，就可以獲得無(wú)序的軟碳材料,。再者,，因?yàn)闊o(wú)煙煤的產(chǎn)碳率高達(dá)90%，其裂解過(guò)程本身也很少有污染物產(chǎn)生,，最重要的是使用無(wú)煙煤作為原料,，能夠大大降低鈉離子電池負(fù)極材料的成本�,！焙聞僬f(shuō),。
其實(shí)，胡勇勝的團(tuán)隊(duì)不僅對(duì)鈉離子電池的負(fù)極材料進(jìn)行開(kāi)拓性研究,，在2015年,，他們?cè)阝c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(shì)在必行,。
在經(jīng)過(guò)對(duì)銅鐵錳基氧化物材料的試驗(yàn)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(dǎo)電性,，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中相對(duì)穩(wěn)定,，“這對(duì)電池應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)椴牧衔畷?huì)遇到一系列的問(wèn)題,，會(huì)增加材料成本”,。胡勇勝說(shuō)，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(dòng)車(chē)市場(chǎng)
雖然鈉離子電池距離批量生產(chǎn),、應(yīng)用尚需時(shí)日，但胡勇勝已經(jīng)瞄準(zhǔn)低速電動(dòng)車(chē)市場(chǎng),�,！澳壳埃覈�(guó)絕大多數(shù)電動(dòng)自行車(chē),、電動(dòng)三輪車(chē)甚至老年代步車(chē)的電池使用的均為鉛酸電池,。”胡勇勝說(shuō),，雖然鉛酸電池在價(jià)格上似乎還有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì),，但因?yàn)閲?guó)內(nèi)一直沒(méi)有建立起完善的回收制度，其帶來(lái)的環(huán)境污染隱患同樣無(wú)法忽視,。
幾年前,，國(guó)家就開(kāi)始關(guān)注鉛酸電池污染一事，并于今年1月3日國(guó)務(wù)院正式出臺(tái)《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案》,，率先確定對(duì)電器電子,、汽車(chē)、鉛酸蓄電池和包裝物等4類(lèi)產(chǎn)品實(shí)施生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度：以誰(shuí)生產(chǎn)誰(shuí)負(fù)責(zé),、誰(shuí)污染誰(shuí)負(fù)責(zé)的原則建立回收體系,，鉛酸電池生產(chǎn)企業(yè)只圖利而對(duì)污染不負(fù)責(zé)任的時(shí)代即將結(jié)束。
“回收制度建立后,，鉛酸電池的成本勢(shì)必會(huì)增加,。由于環(huán)保壓力及技術(shù)升級(jí),，已經(jīng)有不少生產(chǎn)鉛酸電池的主流企業(yè)，開(kāi)始涉足生產(chǎn)鋰離子電池,�,！焙聞偬岬健�
但地球上可開(kāi)采的鋰資源的儲(chǔ)量有限,，鋰的應(yīng)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(rùn)滑劑、制冷液,、核工業(yè)以及光電等行業(yè)都對(duì)鋰有需求,。胡勇勝認(rèn)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(wèn)題,，是鋰離子電池有益的補(bǔ)充,。
胡勇勝的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：若以銅鐵錳基氧化物為正極，無(wú)煙煤基軟碳為負(fù)極,，鈉離子電池的能量密度達(dá)到100 Wh/kg,。雖然看起來(lái)尚不如鋰離子電池，但已是鉛酸電池的兩倍多,。同時(shí),，實(shí)驗(yàn)室Ah級(jí)電池的充放電循環(huán)數(shù)已達(dá)500次以上，優(yōu)于鉛酸電池,，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%,，低溫性能良好（-20℃放電容量是室溫放電容量的86%），并通過(guò)了一系列針刺,、擠壓,、短路、過(guò)充,、過(guò)放等適于鋰離子電池的安全試驗(yàn),。而且其材料成本卻比鋰離子電池低40%左右。
“也就是說(shuō)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(rèn)為，更重要的是,，以銅鐵錳為正極的鈉離子電池在生產(chǎn)過(guò)程以及回收過(guò)程中都不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不友好的產(chǎn)物,。
前景可期
除了瞄準(zhǔn)低速電動(dòng)車(chē)市場(chǎng),，胡勇勝還期待，鈉離子電池能在儲(chǔ)能方面大放異彩,。
近日,，國(guó)家能源局發(fā)布去年風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行情況，截至去年12月,，全年新增風(fēng)電裝機(jī)1930萬(wàn)千瓦,，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到1.49億千瓦，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的9%,，風(fēng)電發(fā)電量2410億千瓦時(shí),，占全部發(fā)電量的4%。
不過(guò),，去年棄風(fēng)電量也高達(dá)497億千瓦時(shí),。“這就是緣于目前缺乏合適的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù),�,！焙聞儆行┩锵А�
因?yàn)閮?chǔ)能電池需要數(shù)量眾多,，因此就要求其成本不能過(guò)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(chǔ)能電池的“中意者”。
鈉離子電池的發(fā)展卻讓儲(chǔ)能電池成為可能,。在胡勇勝看來(lái),，“當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次時(shí)，鈉離子電池就可以考慮向儲(chǔ)能電池行業(yè)發(fā)展”,。
胡勇勝進(jìn)一步解釋?zhuān)菏紫�,，鈉在地球的儲(chǔ)量相對(duì)豐富，成本較低,；其次,，這種電池的材料及生產(chǎn)工藝相當(dāng)環(huán)保，不會(huì)對(duì)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(dān)心鋰離子電池的過(guò)放現(xiàn)象�,！白钪匾氖�,，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(wú)需另起爐灶�,！�
“未來(lái)鈉離子電池可以逐步取代鉛酸電池,，在各類(lèi)低速電動(dòng)車(chē)中獲得廣泛應(yīng)用，與鋰離子電池形成互補(bǔ),�,！焙聞倌抗庵杏兴诖�
