中國科學(xué)院物理研究所研究員 胡勇勝：
很高興能借此機(jī)會向大家介紹一下我們在鈉離子電池方面的相關(guān)研究。二次電池的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域就是電動汽車，對于鋰離子電池能不能應(yīng)用在大規(guī)模儲能中，國際上還有一些爭議。
對于儲能電池來說，與動力電池相比有自身的特點(diǎn)，也就是更關(guān)注循環(huán)壽命和低成本，對能量密度的追求不是特別苛刻。從資源角度來講，鋰不是非常豐富的元素，因此讓鋰離子電池同時做電動汽車和儲能，對原材料的壓力會非常大，因此就需要尋找新的體系，鈉是一種比較好的選擇。鈉與鋰是同一族元素，具有相似的物理化學(xué)性能。
除了資源豐富外，鈉有自身的特點(diǎn)，首先鈉的原子量比較重，鈉離子電池不論是重量還是體積能量密度，都比鋰離子電池低。鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相同。從20世紀(jì)80年代開始，已經(jīng)有人開始鈉離子電池方面的研究，90年代鋰離子電池商業(yè)化成功后，很多研究轉(zhuǎn)向了鋰離子電池。現(xiàn)在，由于大規(guī)模儲能的驅(qū)動，大家有重新開始研究鈉離子電池。
2011年5月，我們研究所開始了鈉離子電池的相關(guān)研究，包括正極和負(fù)極材料。下面主要介紹一下氧化物正極材料。
鈷酸鋰和三元材料都屬于高材料體系，鈉離子電池半徑比較大，有兩種結(jié)構(gòu)，其中一種是根據(jù)鈉的環(huán)境以八面體形式存在。另外，鈉材料的循環(huán)性非常好。
在實(shí)際的電池應(yīng)用中，含鈉和含鋰是不一樣的，因?yàn)殁c會吸水。我們通過設(shè)計加速老化實(shí)驗(yàn)，將材料老化后直接扔進(jìn)水里，發(fā)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)也會老化。另外，含鈉的氧化物材料都含有鎳，鋰離子電池用的材料都是含鎳材料，在成本上沒有任何優(yōu)勢。
在研究過程中，我們一直在尋找新的氧化物來代替鎳和鈷，比如鐵、錳等材料，但是通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動力比較差，然后我們對含銅氧化物做了探索。我們基于銅的電堆設(shè)計了新材料，將銅含量控制在1/3，用部分鐵取代銅，提高鈉含量，得到在空氣中穩(wěn)定的PR材料。從材料看，所有元素都是無毒的，而且成本低廉。氧化銅的成本一頓大約4.2萬元，如果使用銅、鐵、錳，成本優(yōu)勢非常明顯。
我們通過對鈉離子電池進(jìn)行全面組裝，得到了工作電壓3.5伏，能量轉(zhuǎn)換效率約為85%。而后我們繼續(xù)改進(jìn)材料，組件了鈉離子全電池，將能量轉(zhuǎn)換效率提升到90%。目前我們正在做軟膜電池，正在進(jìn)行相關(guān)的性能評價。
在電池中加入銅，可以提高材料的電磁，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中非常穩(wěn)定，這對電池應(yīng)用來說非常重要，因?yàn)椴牧衔畷龅揭幌盗械膯栴}，會增加規(guī)模化生產(chǎn)成本。
最后總結(jié)一下，鈉離子電池面向的應(yīng)用領(lǐng)域是大規(guī)模儲能，目前很多鈉離子材料在空氣中不是很穩(wěn)定，我們的研究就是未來發(fā)現(xiàn)新的氧化物、構(gòu)建新型氧化物。感謝大家！
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