钠离子电池研究新进展:不到80%成本 即可存储锂离子电池同等能量

2017-10-11  |  By Clover  |  In 技术

斯坦福大学的研究人员们,就将目光瞄向了古老的材料(盐 / NaCl)上 —— 其最新研制的钠离子电池,能够以 80% 不到的成本,存储与锂离子电池相当的能量!

锂离子电池已经成为了各个行业的储能首选,从手机到汽车,几乎无所不包。但是它的电极材料(锂 / Li)比较稀有,因此开采和精炼占据了成本的大头。多年来,我们一直在寻找更实惠的替代品。而斯坦福大学的研究人员们,就将目光瞄向了古老的材料(盐 / NaCl)上 —— 其最新研制的钠离子电池,能够以 80% 不到的成本,存储与锂离子电池相当的能量!

Na2C6O6 分子结构,及其在纳电池中、于不同条件下所表现的电化学性质

图 1:Na2C6O6 分子结构,及其在纳电池中、于不同条件下所表现的电化学性质(不一致的相变)。

斯坦福大学最新开发的钠离子电池,已在储能成本上将锂离子电池远远抛在后头。地球拥有广阔的海洋和盐湖等钠盐来源,因而钠离子无疑成为了一个完美的低成本储能候选。

Na2C6O6 充钠-去钠(嵌纳-脱纳)过程的相位变换

图 2:Na2C6O6 充钠-去钠(嵌纳-脱纳)过程的相位变换。

此外钠电池可以有许多种形态,比如笔记本电脑上常见的 18650 电芯。首席研究者 Zhenan Bao 表示:“性能上,锂元素暂时还找不到对手。但它实在太贵太稀有,因而我们需要开发元素更加丰富、成本更加低廉的钠基电池”。

Na2C6O6 在充钠-去钠(嵌纳-脱纳)过程中的电压变化

图 3:Na2C6O6 在充钠-去钠(嵌纳-脱纳)过程中的电压变化。

斯坦福团队采用了钠盐电极的设计,充上正电荷的钠离子会游向充负电荷的磷正极 —— 这两种元素在自然界中的储量都很丰富。研究人员还称:为了改进充放电循环周期,他们分析了电池工作时,钠离子附着和脱离阴极的原子力水平。

可逆相变期间的形态学变化,以及 Na2C6O6 储钠的氧化-还原机制

图 4:可逆相变期间的形态学变化,以及 Na2C6O6 储钠的氧化-还原机制。

最终,他们的钠离子电池实现了高达 484 mAh/g 的可逆容量、以及 726 Wh/kg 的能量密度。新电池的能源效率据称超过了 87%,至于最重要的成本方面,研究人员声称可以 80% 不到的投入,实现与锂离子电池相当的储电量。

Na2C6O6 电极在半电池和全电池中的电化学四储钠表现

图 5:Na2C6O6 电极在半电池和全电池中的电化学四储钠表现。

下一步,团队将在磷阳极上投入更多精力,以便压榨出钠离子电池的更多性能。与锂离子相比,团队也希望进一步提升钠离子电池的体积能量密度。这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然能源》(Nature Energy)期刊上。

文章来源:cnBeta

 


 

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