近日，我國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本的鈉型雙離子電池，有望代替現(xiàn)有鋰離子技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。相關(guān)研究成果ANovelTin-GraphiteDual-IonBatteryBasedonSodium-IonElectrolytewithHighEnergyDensity(《一種新型錫-石墨鈉型高能量密度雙離子電池》)已在線發(fā)表于國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》(AdvancedEnergyMaterials，DOI:10.1002/aenm.201601963)，并申請(qǐng)1項(xiàng)國(guó)際發(fā)明專利(PCT/CN2016/081309)。

鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域。但隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，鋰的需求量逐年快速上升，而鋰的全球儲(chǔ)量十分有限，且分布不均，造成原材料價(jià)格上漲迅猛，嚴(yán)重制約了我國(guó)低成本、高性能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的快速發(fā)展。鈉元素由于具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且其儲(chǔ)量豐富，成本低廉，使得基于鈉離子的二次電池體系受到廣泛關(guān)注。

結(jié)合鈉離子與雙離子電池的綜合優(yōu)點(diǎn)，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員圣茂華、張帆、季必發(fā)等人成功研發(fā)出一種全新的基于鈉離子電解液的新型高性能、低成本錫-石墨雙離子電池。該電池直接采用錫箔同時(shí)作為電池負(fù)極和集流體，石墨作為正極;電解液采用廉價(jià)易得的六氟磷酸鈉作為鈉鹽電解質(zhì)溶于有機(jī)溶劑中。該新型電池具有超出預(yù)期的能量密度和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，并且大幅降低了電池的生產(chǎn)成本。該新型電池的反應(yīng)機(jī)理為：充電時(shí)，電解液中的鈉離子運(yùn)動(dòng)到錫箔負(fù)極表面，形成鈉錫合金，同時(shí)六氟磷酸根插層到正極石墨中;放電時(shí)，負(fù)極上的鈉錫合金脫鈉，同時(shí)正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。研究結(jié)果表明，該新型鈉離子雙離子電池在2C倍率下充放電循環(huán)400圈后，仍保持94%的容量;且能量密度可達(dá)到144Wh/kg，高于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度。該研究成果具有巨大的產(chǎn)業(yè)化前景，并有望代替現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)。

該項(xiàng)研究得到了廣東省創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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