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钠离子电池或成市场“新宠” 瞄准低速电动车市场

在电池这个庞大的家族中,相比人们熟知的锂离子电池、铅酸电池,镍镉电池、钠离子电池等因储能容量受限、循环次数较少因素未能成为市场的“宠儿”。

不过,近日中国科学院物理所研究员胡勇胜带领团队给钠离子电池的市场带来了一针“强心剂”。他的团队成功利用无烟煤制作出钠离子电池负极,为其进一步市场化应用提供了可能。

其实,钠离子电池与锂离子电池是同属于一个时期发展起来的。但钠离子电池却一直发展迟滞,其重要原因就是没有找到合适的负极材料,让钠离子变身为低成本、可实际应用的电池。但是实际上,与锂相比,钠储量丰富、分布广泛、成本低廉,并且与锂具有相似的理化性质。

鉴于此,科学家们从未放弃对钠离子电池的研究。

无烟煤为钠离子提供存储空间

研究发现,锂离子电池有强大的应用领域,更多是缘于石墨属于高度有序的碳材料,它有低而平稳的充放电电位平台,具有充放电容量大且效率高、循环性能好的优点。

但石墨却并不适用于钠离子,因为钠离子只有在无序的硬碳材料中才能“大展身手”。并且,“在众多的负极材料中,目前硬碳材料的电化学性能最好”。作为新能源材料的研究者,胡勇胜一直致力于钠离子电池的研究。

不过,从成本角度出发,硬碳远远高于石墨。于是,经过几番试验,胡勇胜发现,通过裂解无烟煤可以得到一种软碳材料,可以将其作为钠离子电池负极材料。

“我们先将无烟煤粉碎,然后加热到一定的温度,就可以获得无序的软碳材料。再者,因为无烟煤的产碳率高达90%,其裂解过程本身也很少有污染物产生,最重要的是使用无烟煤作为原料,能够大大降低钠离子电池负极材料的成本。”胡勇胜对记者表示。

其实,胡勇胜的团队不仅对钠离子电池的负极材料进行开拓性研究,在2015年,他们在钠离子电池的正极材料研究中也有新发现。

目前,锂离子电池的正极材料往往含有镍和钴,如果钠离子电池正极材料也同样使用镍和钴,成本的下降空间有限,所以寻找新材料替代镍与钴势在必行。

在经过对铜铁锰基氧化物材料的试验后,胡勇胜发现,在层状材料中加入铜,可以提高材料的导电性,另外含铜系列的化合物不怕水,在空气中相对稳定,“这对电池应用来说非常重要,因为材料吸水会遇到一系列的问题,会增加材料成本”。胡勇胜说,最终铜铁锰成为钠离子电池正极材料的理想选择。

“相中”低速电动车市场

虽然钠离子电池距离批量生产、应用尚需时日,但胡勇胜已经瞄准低速电动车市场。“目前,我国绝大多数电动自行车、电动三轮车甚至老年代步车的电池使用的均为铅酸电池。”胡勇胜说,虽然铅酸电池在价格上似乎还有一点优势,但因为国内一直没有建立起完善的回收制度,其带来的环境污染隐患同样无法忽视。

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