钠离子电池中,钠离子可附着在肌醇上,而肌醇是一种常见的化合物,可从米糠或玉米加工过程中的液体副产物中提取。钠离子和肌醇的新结合显著改善钠基电池的离子循环,使离子能更加有效地从阴极移动穿过电解质到磷阳极,继而出现更强的电流。
既然钠电池有这么多的好处,那为何我们没有早点使用它?事实上,钠还并不能完全取代锂离子电池,钠离子的尺寸更大,并且其化学性质与锂也不完全相同。由于目前用于制造锂离子电池的材料并不适用于钠,因此在锂被取代之前,我们要在电池制造技术的某些方面进行革新。而好消息是,日本名古屋工业大学的研究人员正在致力于此,他们已经证明,当一种名叫Na2V3O7的特定化合物与钠搭配时,展现出了令人满意的电化学性能,而且其晶体结构和电子结构也与钠相容。更棒的是,用这种材料制成的钠离子电池显示出了惊人的充电速度:仅约6分钟。你的手机有这么快充满过电吗?
这种新型电池里的钠与一种叫做肌醇的化合物结合在一起,这是一种在家用产品中常见的有机化合物,包括婴儿配方奶粉。正如钠的含量比锂要丰富得多,米糠醇很容易从米糠中提炼出来,也可以在玉米加工过程中出现的副产品中找到。这将有助于确保材料收集具有成本效益。
这种新型的材料使用了全新的思路,大大提升了钠离子电池的性能其循环电池容量达到了484mAh/g,阴极能量密度更是高达726Wh/kg。更加令人瞩目的是,由于地球上钠的储量极为丰富,钠离子电池阴极材料开采、生产成本仅为锂离子电池的1/100,从而将钠离子电池的整体成本控制到锂离子电池的80%左右。这一突破性的技术进展,让人类在大规模能源储存的道路上再一次迈出坚实的一步。
新能源汽车的技术核心在锂离子电池,不过现在有一种钠基电池,可以用更低的价格存储和最新锂离子电池相同的能量。材料价格占据电池价格的四分之一,锂的成本高达15000美元/吨,而钠只要150美元/吨。
钠基和钾基电池面对的最大障碍之一是它们会更快地衰变和退化,且能量密度比锂离子电池更低。但情况并非总是如此。研究人员在研究了锂离子、钠离子和钾离子与硫化铁粒子的反应时发现:钠和钾与硫化铁在反应过程中更加稳定,这表明基于钠或钾的电池寿命可能比预期长得多。
随着全球对锂离子电池的需求不断新增,锂矿的开采供不应求,价格也水涨船高。随着储量的消耗,其价格可能进一步攀升。为了满足现有的锂离子电池产量需求,世界范围内各个矿场的产量都已经被逼到了极限,再新增产量十分困难。