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钠离子电池或成市场“新宠”

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2020-01-09浏览次数:1639

在庞大的电池系列中,与众所周知的锂离子电池,铅酸电池,镍镉电池,钠离子电池等相比,由于能量存储容量有限且周期较少,它还没有成为市场的“宠儿”。

然而,最近,中国科学院物理研究所研究员胡永生带领团队为钠离子电池市场带来了“强心剂”。他的团队成功地使用无烟煤制作钠离子电池负极,使其有可能进一步应用于市场。

事实上,钠离子电池和锂离子电池在同一时期发展起来。然而,钠离子电池一直在发展滞后现象。重要的原因是没有找到合适的阳极材料,这使得钠离子成为低成本,实用的电池。然而,事实上,与锂相比,钠存储丰富,分布广泛,成本低,并且具有与锂相似的物理和化学性质。

鉴于此,科学家们从未放弃对钠离子电池的研究。

无烟煤为钠离子提供储存空间

研究发现,锂离子电池具有很强的应用领域,更多的是因为石墨是一种高度有序的碳材料。它具有低而稳定的充放电电位平台,充放电容量大,效率高,循环性能好。优点。

然而,石墨不适合钠离子,因为钠离子只能用于无序的硬碳材料。此外,“在许多阳极材料中,硬碳材料的电化学性能目前是最好的。”作为新能源材料的研究员,胡永生一直致力于钠离子电池的研究。

然而,从成本角度来看,硬碳远高于石墨。因此,经过多次实验,胡永生发现可以通过裂解无烟煤获得软碳材料,无烟煤可以用作钠离子电池的负极材料。

“我们首先粉碎无烟煤,然后将其加热到一定温度,以获得无序的软碳材料。而且,由于无烟煤的生产率高达90%,裂解过程本身污染物很少,最重要的是使用无烟煤作为原料,这可以大大降低钠离子电池负极材料的成本“胡永生告诉《中国科学报》记者。

事实上,胡永生的团队不仅对钠离子电池的负极材料进行了开拓性的研究,而且在2015年,他们也在钠离子电池正极材料的研究中找到了新的发现。

目前,锂离子电池的正极材料通常含有镍和钴。如果钠离子电池的正极材料也使用镍和钴,则成本降低空间有限,因此必须找到新材料而不是镍和钴。

在对铜 - 铁 - 锰基氧化物材料进行试验后,胡永生发现在层状材料中加入铜可以提高材料的导电性。此外,含铜化合物不怕水并且在空气中相对稳定。电池应用非常重要,因为材料会吸水并遇到一系列增加材料成本的问题。“胡永生说,铜,铁和锰是钠离子电池正极材料的理想选择。

“中中”低速电动车市场

虽然钠离子电池仍然需要大规模生产和应用,但胡永生已经针对低速电动车市场。 “目前,中国的大多数电动自行车,电动三轮车甚至是老式滑板车都使用铅酸蓄电池。”胡永生说,虽然铅酸蓄电池似乎在价格上有一些优势,但它们尚未在中国建立。完善的回收体系,环境污染的隐患不容忽视。

几年前,国家开始关注铅酸蓄电池的污染问题。今年1月3日,国务院正式颁布《生产者责任延伸制度推行方案》,率先确定生产商对电器,汽车,铅酸电池,包装材料等四类产品的责任。推广系统:回收系统建立在谁负责生产和谁负责污染的原则上。铅酸电池制造商的时代只对污染负责,并且不对污染负责。

“回收系统建立后,铅酸蓄电池的成本必然会增加。由于环境压力和技术升级,许多生产铅酸蓄电池的主流公司已开始涉足锂离子电池的生产“。胡永生提到。

然而,可以在地球上开采的锂资源储量有限,锂的应用领域非常广泛。除了知名的电池行业外,还有陶瓷,玻璃,润滑油,制冷剂,核工业和光电子等行业对锂的需求。胡永生认为,钠离子电池的出现有望在一定程度上缓解锂资源短缺造成的有限发展问题,这对锂离子电池是一种有益的补充。

胡永生的团队通过测试发现,如果铜 - 铁 - 锰基氧化物用作正极而无烟煤基软碳是负极,则钠离子电池的能量密度达到100 Wh/kg 。虽然它看起来不像锂离子电池,但却是铅酸电池的两倍多。同时,实验室Ah电池的充放电次数已达到500次以上,优于铅酸电池,能量转换效率高达90%,低温性能优异。良好(-20°C的放电容量是室温放电容量的86%),并通过了锂离子电池的一系列安全测试,如针灸,挤压,短路,过充电,过放电等。其材料成本比锂离子电池低约40%。

“也就是说,如果建立铅酸蓄电池回收系统,钠离子电池的成本将接近大规模生产后的铅酸蓄电池成本。”胡永生认为,更重要的是,以铜 - 铁 - 锰为正极的钠离子电池在生产过程中和回收过程中不会产生对环境不友好的产品。

可以预期前景

除了瞄准低速电动车市场外,胡永生还预计钠离子电池将在储能领域大放异彩。

最近,国家能源局去年发布了风电并网运营。截至去年12月,新增风电装机容量为1,930万千瓦,累计并网装机容量达到1.49亿千瓦,占全部发电量的9%。 241亿千瓦时,占所有发电量的4%。

然而,去年放弃风电的也是497亿千瓦时。 “这是由于缺乏合适的大规模储能技术。”胡永生有些遗憾。

由于储能电池需要大量,成本不会太高,也要考虑其安全性和稳定性。目前锂资源稀缺的现状使其难以成为大型储能电池的“扶正器”。

钠离子电池的发展使得储能电池成为可能。在胡永生看来,“当循环次数达到5000次时,可以考虑将钠离子电池用于储能电池行业的发展。”

胡永生进一步解释说:首先,钠在地球储备中相对丰富,而且成本低。其次,该电池的材料和生产过程非常环保,不会污染环境;第三,它的使用更安全;第四,钠离子电池可以完全放电,而不必担心锂离子电池的过放电。 “最重要的是,钠离子电池的生产可以遵循现有的锂离子电池生产工艺和设备,无需启动新炉灶。”

“未来的钠离子电池可以逐步取代铅酸电池,这种电池广泛应用于各种低速电动汽车,并补充锂离子电池。”胡永生很期待。

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