鉅大LARGE | 點擊量：1608次 | 2021年04月06日
介紹石墨烯的助攻——鈉離子電池技術重大突破
近日，中美科學家聯(lián)手研發(fā)了一種具有新型結構的硫化銻基負極材料，這種新材料可以使硫化銻基鈉離子電池循環(huán)次數(shù)從不到500個提升至900，且存儲容量達現(xiàn)有鋰離子電池負極材料容量的1.5倍。
科學家認為，雖然現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)滲入到了我們生活中的方方面面，但是該類電池在存儲容量、使用壽命、安全性能和成本方面都有所不足。而鈉離子電池因為鈉資源豐富所以成本會很低，且它的電壓平臺較高，這極大的提高了電池的安全性能。
其實早在上世紀80年代，就已經(jīng)有科學家在進行鈉離子電池的研發(fā)了，但一直找不到理想的鈉離子電極材料，致使電池的使用壽命極短，因此至今也沒能投入量產(chǎn)。
此次研發(fā)的新型鈉離子電池，在工作原理上與鋰離子電池類似，都是利用離子在正負極之間的嵌脫實現(xiàn)充放電。先將商業(yè)硫化銻與氧化石墨烯于硫化鈉溶液后混合，再通過控制結晶和燒結制備改性石墨烯與納米硫化銻的復合材料。經(jīng)過測試，該硫化銻基負極材料和鈉片組裝成半電池后，經(jīng)過快速充放電（實間約為40分鐘）900個循環(huán)后，容量保持率高達83%，幾乎與現(xiàn)在的鋰離子電池持平。
研究人員表示，改性后的石墨烯能夠有效的提高硫化銻和相關放電產(chǎn)物的的穩(wěn)定性能，能更加有效穩(wěn)定材料的結構和防止活性物質從石墨烯上脫落。與傳統(tǒng)鋰離子電池搖椅式的工作原理不同，該類電池在充放電過程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極與電解液之間移動。得益于這種獨特的工作原理，該類電池不但能儲存電能，而且還具有分離金屬離子的功能。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
化學電池是指通過電化學反應，把正極、負極活性物質的化學能，轉化為電能的一類裝置。在現(xiàn)代社會中，化學電池和我們的日常生活息息相關，無時無刻不在為我們的生活服務。
化學電池品種繁多，大到需一座建筑才能容下，小到以毫米計算。按電池是否可反復循環(huán)使用，化學電池可分為一次電池和二次電池。
一次電池俗稱用完即棄電池，即電池電量耗盡時，無法再充電使用，只能丟棄。生活中常用的5號鋅錳干電池就是一次電池。二次電池又稱可充電電池，即電池放電后可通過充電的方式使活性物質激活而繼續(xù)使用的電池。目前市場上重要的二次電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。
以有機溶劑為電解液的鋰離子電池由于工作電壓高、能量大和循環(huán)壽命長的優(yōu)點而被廣泛應用于手機、電腦和相機等便攜型電子產(chǎn)品中。
鋰離子電池重要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。充電時，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質嵌入負極；放電時則相反。形象地說，鋰離子電池就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子則在搖椅兩端來回奔跑。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展、環(huán)境污染的日益加劇、不可再生的能源資源不斷消耗，人類社會迫切要提高能源的利用效率，開拓新能源和可再生能源，而這些均離不開電化學儲能電池。
傳統(tǒng)的以有機溶劑為電解液的鋰離子電池雖然具有能量密度高的優(yōu)勢，但存在安全性較低和成本較高的問題。與之相比，水系離子電池具有價格低廉、無環(huán)境污染且安全性高等優(yōu)點，在電網(wǎng)級別的大規(guī)模儲能領域具有潛在的重要前景。
由于鈉資源相對豐富，鈉離子水系電池被認為是下一代水系二次電池的理想選擇。目前，美國的aquionenergy和alveoenergy兩家公司正在積極開發(fā)基于鈉離子水系電池的儲能系統(tǒng)，而我國在這方面研究不足。
我國科學院寧波材料技術與工程研究所研制的新型水系鋰鈉混合離子電池，可謂鈉離子電池家族中增添的一支新軍。
該類電池的一極采用選擇性嵌入/脫嵌鋰離子的化合物為活性材料，而另一極則選用選擇性嵌入/脫嵌鈉離子的化合物作為活性材料，同時以鋰鈉混合離子水溶液作為電解質。
與傳統(tǒng)鋰離子電池搖椅式的工作原理不同，該類電池在充放電過程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極與電解液之間移動。得益于這種獨特的工作原理，該類電池不但能儲存電能，而且還具有分離金屬離子的功能，可謂一舉兩用。
鋰鈉混合離子電池的美妙之處在于其雙功能性。鋰和鈉在元素周期表中屬同族元素，它倆化學性質相似，難以分離。
現(xiàn)有的分離技術多采用化學方法，要大量的na2co3、alcl3或錳氧化物等化學試劑，耗時、成本高和環(huán)境不友好。
采用鋰鈉混合離子電池技術即可在儲存和釋放電能的同時又分離鋰、鈉離子。這種分離技術與現(xiàn)有其他化學方法相比，更為高效和綠色，因而其在大規(guī)模分離?；螓u水中的鋰、鈉元素方面具有重要應用前景。
電化學儲能有望成為21世紀具有持續(xù)、爆炸式發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)?；阝c離子電池的儲能技術很可能是未來最重要的儲能技術之一。
鋰離子電池的發(fā)展導致全世界對鋰資源的需求日益新增。據(jù)統(tǒng)計，至2012年，世界上83%的鋰是從海或鹵水中提取的，因此發(fā)展新型有效的分離技術迫在眉睫。
