鈉離子電池是鋰電池的潛在替代品，但陽極（帶正電的電極）在鋰離子電池上很好地工作，不能提供與鈉離子電池相同的性能。缺乏晶體結(jié)構(gòu)的無定形碳已知是有用的陽極，因?yàn)樗哂锌捎糜诖鎯?chǔ)鈉離子的缺陷和空隙。氮/磷摻雜的碳還具有吸引人的電性能。

在《應(yīng)用物理評(píng)論》中，浙江大學(xué)，寧波大學(xué)和東莞理工大學(xué)的中國研究人員描述了他們?nèi)绾螒?yīng)用原子尺度的基本物理概念來構(gòu)建鈉離子電池的高性能陽極。

涂說：“最近的研究表明，摻雜的無定形碳，特別是富電子元素?fù)诫s的無定形碳，是鈉儲(chǔ)存的良好陽極。但是對(duì)于鈉的儲(chǔ)存方式或摻雜的碳的摻雜效果，沒有共同的解釋?！?/p>

為了尋求答案，研究人員使用能級(jí)軌道的概念來解釋吡咯氮與磷氧鍵的親和力，它們的原子相互作用，電子分布和電子云構(gòu)型。

為了進(jìn)一步了解不同的存儲(chǔ)行為，他們應(yīng)用了第一性原理計(jì)算，這是一種使用基本物理量來計(jì)算物理屬性的方法。它基于電子密度函數(shù)，這是一種可以揭示晶體分子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)概念。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

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%

點(diǎn)擊詳情

當(dāng)他們分析改性碳材料中嵌入的鈉離子的電子分布，系統(tǒng)化學(xué)參數(shù)和吸附能時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)吡咯氮和磷-氧鍵顯示出真正的鈉存儲(chǔ)潛力。涂說：“鈉離子傾向于儲(chǔ)存在這兩種結(jié)構(gòu)中?！?/p>

研究人員設(shè)計(jì)了一種水熱處理工藝，以構(gòu)建磷氧結(jié)構(gòu)的前體，然后用富含雙電子的元素?fù)诫s碳陽極。涂說，這表明在循環(huán)壽命和電池容量方面增強(qiáng)了電化學(xué)性能。

他們的陽極實(shí)現(xiàn)了5,000個(gè)循環(huán)的生命周期，具有220毫安小時(shí)/克的增強(qiáng)容量，并減少了容量損失（0.003％/循環(huán)）。

涂說：“我們的工作填補(bǔ)了富電子元素?fù)诫s的非晶碳的鈉存儲(chǔ)行為的理論空白，并為使用碳提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。我們提供了用于大型鈉離子電池的碳材料改性的指導(dǎo)?！?/p>

WSU和PNNL（太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室）的研究人員已經(jīng)創(chuàng)建了一種鈉離子電池，該鈉離子電池可以容納盡可能多的能量，并且能夠與某些商業(yè)鋰離子電池化學(xué)物質(zhì)一起工作，從而可以利用豐富而廉價(jià)的材料開發(fā)出一種可能可行的電池技術(shù)。這一消息在電池界和公眾中引起了極大的興奮，甚至有人建議用新的鈉（Na）離子電池代替昂貴的鋰離子電池。

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

點(diǎn)擊詳情

用于鈉離子電池的電極材料的化學(xué)和電化學(xué)與它們的鋰離子對(duì)應(yīng)材料的化學(xué)和電化學(xué)足夠不同，以至于直到最近才可以找到適用于實(shí)際電池的候選材料。

鈉離子電池與鋰離子電池相比如何？

為了回答這個(gè)問題，讓我們首先看一下商用鋰離子電池的比能量和能量密度。高度工程化的18650尺寸電池最適合此比較，這些電池具有石墨陽極（容量約350mAh/g）和不同類型的陰極。具有層狀過渡金屬陰極LiCoO2（LCO），LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2（NMC）和LiN0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）的電池的容量分別為2.4、2.4和3.6Ah，分別轉(zhuǎn)換為206、210和285Wh/kg的比能，以及530至785Wh/l的體積能密度。具有LiFePO4和LiMn2O4的電池陰極具有約130Wh/kg的較低比能和約330Wh/l的體積能密度。考慮到此帳戶中介紹的各種Na嵌入金屬氧化物和金屬磷酸鹽陰極材料的可逆容量，我們可以預(yù)測(cè)，利用這些陰極和硬碳陽極的18650尺寸Na離子電池最多將具有約150Wh/kg的比能。更接近具有LiFePO4陰極的鋰離子電池。那說明Na-ion電池完全開發(fā)后，將適合與LiFePO4相似的應(yīng)用當(dāng)前已部署電池。這些包括短程電動(dòng)汽車；用于太陽能，風(fēng)能和其他替代能源轉(zhuǎn)換設(shè)施的儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）；電力公司的備用電源；在許多其他應(yīng)用中，對(duì)電池的能量密度要求不如其鋰離子電池所要求的，但大大高于傳統(tǒng)可充電電池Pb-酸，Ni/Cd和Ni/MH的能量密度。

與鋰相比，鈉離子電池的最主要優(yōu)勢(shì)在于鈉的自然豐度和較低的成本。地殼中Na對(duì)Li的豐度為23600ppm至20ppm，Na的提取和純化的總成本低于Li。而且，含鈉的金屬氧化物和聚陰離子陰極材料可以由天然豐富的過渡金屬（如鐵，錳，釩和鈦）制成，而無需使用鈷，這使得無論在富國還是窮國，鈉離子電池都是可持續(xù)的且價(jià)格可承受的。

法國電池市場(chǎng)預(yù)測(cè)公司Avicenne的Sanders報(bào)告（16）到2025年，全球鋰離子電池市場(chǎng)將增長到1500億美元以上。僅ESS市場(chǎng)就有望超過500億美元。響應(yīng)于這一不斷增長的市場(chǎng)，電池材料產(chǎn)量的提高有望將鋰離子電池組的成本從目前的150美元/千瓦時(shí)降低到100美元/千瓦時(shí)左右。

桑德斯認(rèn)為，陰極是鋰離子電池中最昂貴的組件，約占總成本的25％。對(duì)鋰離子和鈉離子電池組件的檢查表明，正極材料的性質(zhì)是兩個(gè)電池之間的主要區(qū)別。由于鋰離子和鈉離子技術(shù)從原材料制備陰極的成本或多或少是相同的，因此鈉離子電池的主要成本降低來自原材料。根據(jù)目前可獲得的信息，我們可以預(yù)測(cè)鈉離子電池的成本比鋰離子電池便宜約10–20％。

鈉離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)是可持續(xù)性，這對(duì)于努力擺脫碳基能源的世界而言至關(guān)重要。我們可以預(yù)見，具有硬碳陽極和無鈷陰極的Na-離子電池將是鋰離子電池的可持續(xù)低成本替代品，在世界范圍內(nèi)，諸如短程電動(dòng)汽車和大規(guī)模儲(chǔ)能（ESS）等應(yīng)用越來越多地轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)力，太陽能和水力發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電，太陽能和水力發(fā)電依靠電池儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)不間斷的全天候運(yùn)行。

未來的研究應(yīng)側(cè)重于發(fā)現(xiàn)具有更高比容量和電壓的Na離子電池的高級(jí)陽極和陰極材料，從而生產(chǎn)出比能量接近200Wh/kg的實(shí)用Na離子電池。還應(yīng)努力開發(fā)先進(jìn)的電解質(zhì)，以使Na-離子電池在寬溫度范圍內(nèi)以高充放電速率運(yùn)行，同時(shí)展現(xiàn)出大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用所需的長循環(huán)壽命和保質(zhì)期。研究還應(yīng)集中于對(duì)Na嵌入電極中的晶體結(jié)構(gòu)與離子遷移特性之間的關(guān)系有更深入的了解，從而獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)用于Na離子電池的高容量可逆電極的能力。