鉅大LARGE | 點擊量:1932次 | 2018年12月05日
下一代電池最新研究進展:新型鈉金屬電池
不管對新能源汽車還是太陽能風能等可再生能源的利用來講,性能優異的可充電電池都是極其重要的。對于新能源汽車,電容量大,輸出功率高的電池可以為新能源汽車帶來足夠的動力和續航;而對于太陽能風能等可再生能源的利用來說,需要大型的性能優異的電能儲存裝置將這些能量存儲起來,以便順利地將這些電能供應到電網中,否則就無法充分利用這些能量。鈉在海洋中無處不在,而且儲量是鋰的幾千倍,更容易獲得,這使得鈉金屬電池比鋰電池更受科學家們的喜愛。與鈉離子電池相比,金屬鈉電池具有足夠高的電壓,較長的循環使用壽命和快速的充放電速率。因此鈉金屬電池被看作取代鋰電池的新一代電池體系之一。
對于鈉金屬電池而言,最重要的是找到一種較高的能量密度和較長的循環壽命的陰極材料。傳統的鈉金屬電池陰極在循環的過程中普遍存在著體積變化大、相變不穩定等問題。近日,美國德克薩斯大學的JohnB.Goodenough團隊開發了一種Na3MnZr(PO4)3材料,并用這種材料作為鈉電池的陰極,獲得了具有高電壓的鈉電池。
研究團隊首先使用溶膠-凝膠法制備了200納米的Na3MnZr(PO4)3粒子,并在粒子表面涂上一層薄薄的碳層。這些粒子可以最大程度地允許鈉離子在其中地自由運動。用這種納米材料作為鈉電池的陰極,電池的電化學性能比已經報道的其他的磷酸錳陰極性能更加優異;在4.0伏特和3.5伏特處,可以提供高放電電壓。從這種Na3MnZr(PO4)3材料中,可以獲得105mA*h/克的高放電量(與其他的鈉電池相比),且晶格參數變化很小。另外,Na3MnZr(PO4)3電極具有良好的充放電循環穩定性,在0.5C速率下充電放電循環500次后,仍然可以保持初始電容量的91%。
對于太陽能等可再生能源來說,最大的問題是轉化后的能量儲存,如果能夠將這些轉化后的電能好好的儲存起來并入電網進行使用,那么無疑將大大提高可再生能源的普及率。大型的電池無疑是最好的儲存裝置,鋰電池的價格過高等因素無法應用于大規模的儲能裝置,需要開發廉價的電池體系。希望鈉電池這類較為廉價的電池體系能夠早日應用。
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