據(jù)Liliputing網(wǎng)站報(bào)道，法國(guó)研究人員已經(jīng)公開(kāi)了一個(gè)可以工作的鈉離子電池原型產(chǎn)品，可能為生產(chǎn)成本低于目前鋰離子電池的新型可充電電池鋪平了道路。

 

利用鈉元素生產(chǎn)電池并非是新創(chuàng)意，但這一技術(shù)的開(kāi)發(fā)在數(shù)十年前讓位于鋰離子電池技術(shù)，因?yàn)閺睦碚撋险f(shuō)鋰離子電池能提供更多電能。

 

Liliputing表示，但是，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一款18650電池原型產(chǎn)品，在容量和使用時(shí)間方面可以與部分鋰離子電池相媲美。這可能為鈉離子電池的商業(yè)化開(kāi)發(fā)鋪平道路。

 

與鋰材料相比，鈉材料生產(chǎn)成本更低，在自然界的儲(chǔ)量也更豐富，但它密度更大，這意味著鈉離子電池可能不適合用于重量較輕的設(shè)備，例如手機(jī)、平板電腦和筆記本，但它可能適用于電動(dòng)汽車(chē)和其他電池重量影響不大的大型產(chǎn)品。

 

Liliputing稱(chēng)，鈉離子電池還可以用于大規(guī)模的蓄電池組，用來(lái)存儲(chǔ)太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電廠(chǎng)的電能，在太陽(yáng)落山后或風(fēng)力不夠強(qiáng)勁時(shí)對(duì)外供電。鋰離子電池已成為市場(chǎng)中的主流電池產(chǎn)品，許多智能手機(jī)、電動(dòng)車(chē)輛紛紛采用該類(lèi)電池。然而，美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校（University of Texas, Dallas）與韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)（Seoul National University）共同研發(fā)出一款全新電池，其采用錳基鈉離子（manganese and sodium-ion-based material）材料。該材料或?qū)⒔档碗姵爻杀?，且生態(tài)環(huán)保性更佳，所制成的電池可供電動(dòng)車(chē)使用。

 

德州大學(xué)達(dá)拉斯分校下屬的埃里克強(qiáng)森工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院（Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science）材料科技與工程專(zhuān)業(yè)的Kyeongjae Cho教授表示，電池成本是個(gè)亟待解決的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題。

 

隨著制造商、用戶(hù)對(duì)電動(dòng)車(chē)需求的不斷提升，鋰電池產(chǎn)量很可能難以為繼，無(wú)法滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)品需求。據(jù)國(guó)際能源署（International Energy Agency）新近發(fā)布的報(bào)告顯示，截止至2020年，全球電動(dòng)車(chē)數(shù)量或?qū)⑦_(dá)到900萬(wàn)-2000萬(wàn)輛；截止至2025年，全球電動(dòng)車(chē)數(shù)量或?qū)⑦_(dá)到4000萬(wàn)輛至7000萬(wàn)輛，屆時(shí)電動(dòng)車(chē)的實(shí)際數(shù)量視相關(guān)國(guó)家政策而定。

 

若采用鈉材料，則有望減少電動(dòng)車(chē)的電池成本，因?yàn)殁c的價(jià)格相對(duì)較便宜，且儲(chǔ)量富足，不過(guò)也同樣存在一些弊端。

 

鈉離子電池

 

“鋰的價(jià)格較為昂貴，礦產(chǎn)資源有限，全球只有幾處有鋰礦。但鈉就不存在礦產(chǎn)不足的問(wèn)題，完全可以從海水中提取。遺憾的是，盡管鈉離子電池的價(jià)格比鋰離子電池便宜，但鈉的能量密度要比鋰低20%。”而電池的能量密度（或儲(chǔ)能能力，energy storage capacity）則直接決定了電動(dòng)車(chē)等設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

 

電池通常由正極（陽(yáng)極）及負(fù)極（陰極）和兩者間的電解質(zhì)構(gòu)成。在標(biāo)準(zhǔn)型鋰離子電池中，陽(yáng)極由鋰、鈷（cobalt）、鎳及氧氣構(gòu)成，而陰極則由石墨（碳的一種形式）構(gòu)成。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從陽(yáng)極向陰極移動(dòng)，并附著于碳上。當(dāng)電池放電時(shí)，鋰離子重新回到陽(yáng)極，為設(shè)備提供電能。

 

“早在數(shù)年前，就有望向鋰離子電池的陽(yáng)極添加氧化錳材料，進(jìn)而提升其電池的電量。遺憾的是，當(dāng)初試驗(yàn)時(shí)，電池的狀態(tài)表現(xiàn)得不太穩(wěn)定。”

 

根據(jù)Cho與他同事的設(shè)計(jì)，他們采用鈉取代了陽(yáng)極內(nèi)占比最大的材料——鋰，并用錳取代價(jià)格更為昂貴、儲(chǔ)量更為稀缺的鈷和鎳。

“我們研發(fā)設(shè)計(jì)的鈉離子材料更為穩(wěn)定，其電池容量可媲美鋰離子電池，我們認(rèn)為該類(lèi)電池具有可擴(kuò)展性。為此，我們希望業(yè)內(nèi)能采用這類(lèi)新材料，并逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。”

 

基于對(duì)其他實(shí)驗(yàn)材料的物理特性及化學(xué)特性的深入研究，該研究團(tuán)隊(duì)采用了合理的原材料配比并攻克了上述技術(shù)難題。他們先采用了計(jì)算機(jī)模擬，進(jìn)而測(cè)定了電池達(dá)到最佳性能時(shí)各原子的配置，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了大量的材料測(cè)試直至研發(fā)成功。