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下一代電池最新研究進(jìn)展:新型鈉金屬電池

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1917次  |  2018年12月05日  

不管對新能源汽車還是太陽能風(fēng)能等可再生能源的利用來講,性能優(yōu)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(xù)航;而對于太陽能風(fēng)能等可再生能源的利用來說,需要大型的性能優(yōu)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(yīng)到電網(wǎng)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(xué)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(huán)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(huán)壽命的陰極材料。傳統(tǒng)的鈉金屬電池陰極在循環(huán)的過程中普遍存在著體積變化大、相變不穩(wěn)定等問題。近日,美國德克薩斯大學(xué)的JohnB.Goodenough團(tuán)隊開發(fā)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(tuán)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(yùn)動。用這種納米材料作為鈉電池的陰極,電池的電化學(xué)性能比已經(jīng)報道的其他的磷酸錳陰極性能更加優(yōu)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(shù)變化很小。另外,Na3MnZr(PO4)3電極具有良好的充放電循環(huán)穩(wěn)定性,在0.5C速率下充電放電循環(huán)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(zhuǎn)化后的能量儲存,如果能夠?qū)⑦@些轉(zhuǎn)化后的電能好好的儲存起來并入電網(wǎng)進(jìn)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?zé)o疑是最好的儲存裝置,鋰電池的價格過高等因素?zé)o法應(yīng)用于大規(guī)模的儲能裝置,需要開發(fā)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(yīng)用。

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