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鈉離子電池或成市場“新寵”

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-09瀏覽次數:1639

在龐大的電池系列中,與眾所周知的鋰離子電池,鉛酸電池,鎳鎘電池,鈉離子電池等相比,由于能量存儲容量有限且周期較少,它還沒有成為市場的“寵兒”。

然而,最近,中國科學院物理研究所研究員胡永生帶領團隊為鈉離子電池市場帶來了“強心劑”。他的團隊成功地使用無煙煤制作鈉離子電池負極,使其有可能進一步應用于市場。

事實上,鈉離子電池和鋰離子電池在同一時期發展起來。然而,鈉離子電池一直在發展滯后現象。重要的原因是沒有找到合適的陽極材料,這使得鈉離子成為低成本,實用的電池。然而,事實上,與鋰相比,鈉存儲豐富,分布廣泛,成本低,并且具有與鋰相似的物理和化學性質。

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儲存空間

研究發現,鋰離子電池具有很強的應用領域,更多的是因為石墨是一種高度有序的碳材料。它具有低而穩定的充放電電位平臺,充放電容量大,效率高,循環性能好。優點。

然而,石墨不適合鈉離子,因為鈉離子只能用于無序的硬碳材料。此外,“在許多陽極材料中,硬碳材料的電化學性能目前是最好的。”作為新能源材料的研究員,胡永生一直致力于鈉離子電池的研究。

然而,從成本角度來看,硬碳遠高于石墨。因此,經過多次實驗,胡永生發現可以通過裂解無煙煤獲得軟碳材料,無煙煤可以用作鈉離子電池的負極材料。

“我們首先粉碎無煙煤,然后將其加熱到一定溫度,以獲得無序的軟碳材料。而且,由于無煙煤的生產率高達90%,裂解過程本身污染物很少,最重要的是使用無煙煤作為原料,這可以大大降低鈉離子電池負極材料的成本“胡永生告訴《中國科學報》記者。

事實上,胡永生的團隊不僅對鈉離子電池的負極材料進行了開拓性的研究,而且在2015年,他們也在鈉離子電池正極材料的研究中找到了新的發現。

目前,鋰離子電池的正極材料通常含有鎳和鈷。如果鈉離子電池的正極材料也使用鎳和鈷,則成本降低空間有限,因此必須找到新材料而不是鎳和鈷。

在對銅 - 鐵 - 錳基氧化物材料進行試驗后,胡永生發現在層狀材料中加入銅可以提高材料的導電性。此外,含銅化合物不怕水并且在空氣中相對穩定。電池應用非常重要,因為材料會吸水并遇到一系列增加材料成本的問題。“胡永生說,銅,鐵和錳是鈉離子電池正極材料的理想選擇。

“中中”低速電動車市場

雖然鈉離子電池仍然需要大規模生產和應用,但胡永生已經針對低速電動車市場。 “目前,中國的大多數電動自行車,電動三輪車甚至是老式滑板車都使用鉛酸蓄電池。”胡永生說,雖然鉛酸蓄電池似乎在價格上有一些優勢,但它們尚未在中國建立。完善的回收體系,環境污染的隱患不容忽視。

幾年前,國家開始關注鉛酸蓄電池的污染問題。今年1月3日,國務院正式頒布《生產者責任延伸制度推行方案》,率先確定生產商對電器,汽車,鉛酸電池,包裝材料等四類產品的責任。推廣系統:回收系統建立在誰負責生產和誰負責污染的原則上。鉛酸電池制造商的時代只對污染負責,并且不對污染負責。

“回收系統建立后,鉛酸蓄電池的成本必然會增加。由于環境壓力和技術升級,許多生產鉛酸蓄電池的主流公司已開始涉足鋰離子電池的生產“。胡永生提到。

然而,可以在地球上開采的鋰資源儲量有限,鋰的應用領域非常廣泛。除了知名的電池行業外,還有陶瓷,玻璃,潤滑油,制冷劑,核工業和光電子等行業對鋰的需求。胡永生認為,鈉離子電池的出現有望在一定程度上緩解鋰資源短缺造成的有限發展問題,這對鋰離子電池是一種有益的補充。

胡永生的團隊通過測試發現,如果銅 - 鐵 - 錳基氧化物用作正極而無煙煤基軟碳是負極,則鈉離子電池的能量密度達到100 Wh/kg 。雖然它看起來不像鋰離子電池,但卻是鉛酸電池的兩倍多。同時,實驗室Ah電池的充放電次數已達到500次以上,優于鉛酸電池,能量轉換效率高達90%,低溫性能優異。良好(-20°C的放電容量是室溫放電容量的86%),并通過了鋰離子電池的一系列安全測試,如針灸,擠壓,短路,過充電,過放電等。其材料成本比鋰離子電池低約40%。

“也就是說,如果建立鉛酸蓄電池回收系統,鈉離子電池的成本將接近大規模生產后的鉛酸蓄電池成本。”胡永生認為,更重要的是,以銅 - 鐵 - 錳為正極的鈉離子電池在生產過程中和回收過程中不會產生對環境不友好的產品。

可以預期前景

除了瞄準低速電動車市場外,胡永生還預計鈉離子電池將在儲能領域大放異彩。

最近,國家能源局去年發布了風電并網運營。截至去年12月,新增風電裝機容量為1,930萬千瓦,累計并網裝機容量達到1.49億千瓦,占全部發電量的9%。 241億千瓦時,占所有發電量的4%。

然而,去年放棄風電的也是497億千瓦時。 “這是由于缺乏合適的大規模儲能技術。”胡永生有些遺憾。

由于儲能電池需要大量,成本不會太高,也要考慮其安全性和穩定性。目前鋰資源稀缺的現狀使其難以成為大型儲能電池的“扶正器”。

鈉離子電池的發展使得儲能電池成為可能。在胡永生看來,“當循環次數達到5000次時,可以考慮將鈉離子電池用于儲能電池行業的發展。”

胡永生進一步解釋說:首先,鈉在地球儲備中相對豐富,而且成本低。其次,該電池的材料和生產過程非常環保,不會污染環境;第三,它的使用更安全;第四,鈉離子電池可以完全放電,而不必擔心鋰離子電池的過放電。 “最重要的是,鈉離子電池的生產可以遵循現有的鋰離子電池生產工藝和設備,無需啟動新爐灶。”

“未來的鈉離子電池可以逐步取代鉛酸電池,這種電池廣泛應用于各種低速電動汽車,并補充鋰離子電池。”胡永生很期待。

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