鈉離子電池是鋰離子電池的有效替代品

鋰離子電池(LIBs)是一種廣泛應(yīng)用的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，而其他類型的新興電池技術(shù)也逐漸嶄露頭角。其中鈉離子電池(NIBs)具有很大的潛力，代表了下一代低成本、環(huán)保的儲(chǔ)能解決方案。受應(yīng)用場(chǎng)合及關(guān)鍵指標(biāo)需求多樣化以及市場(chǎng)多元化的推動(dòng)，鈉離子技術(shù)呼之欲出。

英國華威大學(xué)的科學(xué)家從材料到電池開發(fā)方面對(duì)鈉離子應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)估，并對(duì)NIBs和LIBs的關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行了比較。在向低碳經(jīng)濟(jì)過渡的階段中，LIBs起著重要作用。然而，隨著市場(chǎng)的迅速擴(kuò)大，與LIBs大規(guī)模生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)境問題和社會(huì)挑戰(zhàn)正引起人們對(duì)于替代性儲(chǔ)能方案的極大關(guān)注，這些儲(chǔ)能方案將以可持續(xù)且環(huán)保的材料為基礎(chǔ)。在該背景下，NIBs代表了低成本、可持續(xù)和更環(huán)保的替代儲(chǔ)能技術(shù)。

由華威大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的鈉離子技術(shù)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)于2020年9月18日在《Journal of Power Sources》上發(fā)表了題為“鈉基電池目前的挑戰(zhàn)：從材料到電池指標(biāo)”的論文，分析了NIBs在儲(chǔ)能市場(chǎng)上占據(jù)一席之地的前景。鈉基電池的綜合性能較好，成本低，原料可持續(xù)且有保障。此外，鈉離子制備技術(shù)與其他技術(shù)兼容，可在現(xiàn)有的鋰離子電池工廠生產(chǎn)。與鋰基電池體系一樣，鈉基電池也有不同的形態(tài)，如鈉離子、鈉全固態(tài)電池、NaO2和NaS，而最后一種被認(rèn)為是顛覆性的未來技術(shù)。為了確保單位能量密度成本的競(jìng)爭(zhēng)力，電池性能指標(biāo)對(duì)于其綜合應(yīng)用(SIB)技術(shù)至關(guān)重要。在該研究工作中，對(duì)最有前途的電極材料和電解質(zhì)體系進(jìn)行了分析，并利用學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的性能指標(biāo)來推斷鈉離子電池的所有性能指標(biāo)。目前采用最好材料制備的鈉離子電池的能量密度與商用鋰離子電池相近。鈉離子電池最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一是固定儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中成本和循環(huán)壽命是兩個(gè)基本參數(shù)。在這一領(lǐng)域，鈉離子電池具有主導(dǎo)市場(chǎng)的潛力，在銜接能源生產(chǎn)和利用、確保能源供應(yīng)方面，鈉離子電池具有極大的發(fā)展前景。

華威大學(xué)助理教授Ivana Hasa博士表示，大功率NIBs電池雖然在汽車電氣化應(yīng)用領(lǐng)域存在機(jī)會(huì)，但需要進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)，特別是在能量密度方面需要提高性能。相比鋰離子技術(shù)，鈉離子技術(shù)在很短的時(shí)間內(nèi)取得了非常令人鼓舞的結(jié)果。就像在過去的30年里鋰離子技術(shù)所經(jīng)歷的那樣，鈉離子技術(shù)的改進(jìn)將通過電池組件的制造組裝優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。從應(yīng)用研究的角度來看，今后的研究工作應(yīng)致力于基礎(chǔ)研究、材料研究和探究控制這些化學(xué)反應(yīng)體系的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程。