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钠离子电池诞生 或降..

钠离子电池诞生 或降低电动车电池成本
2019-02-20

据外媒报道,锂离子电池已成为市场中的主流电池产品,许多智能手机、电动车辆纷纷采用该类电池。然而,美国德克萨斯大学达拉斯分校(University of Texas, Dallas)与韩国首尔国立大学(Seoul National University)共同研发出一款全新电池,其采用锰基钠离子(manganese and sodium-ion-based material)材料。该材料或将降低电池成本,且生态环保性更佳,所制成的电池可供电动车使用。

德州大学达拉斯分校下属的埃里克强森工程与计算机科学学院(Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science)材料科技与工程专业的Kyeongjae Cho教授表示,电池成本是个亟待解决的实质性问题。

随着制造商、用户对电动车需求的不断提升,锂电池产量很可能难以为继,无法满足不断增长的产品需求。据国际能源署(International Energy Agency)新近发布的报告显示,截止至2020年,全球电动车数量或将达到900万-2000万辆;截止至2025年,全球电动车数量或将达到4000万辆至7000万辆,届时电动车的实际数量视相关国家政策而定。

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若采用钠材料,则有望减少电动车的电池成本,因为钠的价格相对较便宜,且储量富足,不过也同样存在一些弊端。

Cho表示:“锂的价格较为昂贵,矿产资源有限,全球只有几处有锂矿。但钠就不存在矿产不足的问题,完全可以从海水中提取。遗憾的是,尽管钠离子电池的价格比锂离子电池便宜,但钠的能量密度要比锂低20%。”而电池的能量密度(或储能能力,energy storage capacity)则直接决定了电动车等设备的运行时间。

电池通常由正极(阳极)及负极(阴极)和两者间的电解质构成。在标准型锂离子电池中,阳极由锂、钴(cobalt)、镍及氧气构成,而阴极则由石墨(碳的一种形式)构成。当电池充电时,锂离子从阳极向阴极移动,并附着于碳上。当电池放电时,锂离子重新回到阳极,为设备提供电能。

Cho表示:“早在数年前,就有望向锂离子电池的阳极添加氧化锰材料,进而提升其电池的电量。遗憾的是,当初试验时,电池的状态表现得不太稳定。”

根据Cho与他同事的设计,他们采用钠取代了阳极内占比最大的材料——锂,并用锰取代价格更为昂贵、储量更为稀缺的钴和镍。

Cho宣称:“我们研发设计的钠离子材料更为稳定,其电池容量可媲美锂离子电池,我们认为该类电池具有可扩展性。为此,我们希望业内能采用这类新材料,并逐步实现商业化量产。”

基于对其他实验材料的物理特性及化学特性的深入研究,该研究团队采用了合理的原材料配比并攻克了上述技术难题。他们先采用了计算机模拟,进而测定了电池达到最佳性能时各原子的配置,然后在实验室内进行了大量的材料测试直至研发成功。



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