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钠电池最终能取代锂电池吗?

时间:2023-01-12 14:20:41来源:钜大LARGE

导语:​通过强调各种钠电和锂电的优缺点,作者希望用户现在能够对钠电有一个清晰的认识,不是作为锂离子的替代品,而是作为锂电池的补充用于能量密度需求不高的大规模存储应用,从而最大限度地减少对锂电池短缺的担忧。

金沙彩票手机版app  近年来,锂(钠/铝)-空气、锂-硫、镁(钙)离子、钠(钾)离子、锌-二氧化锰水溶液等新化学体系的电池项目在国家层面上启动,新的依靠私人资金的创业公司也开始启动,但是关于寻求进入市场的年轻科学家和工业实体来说,在日益上升的有关社会和商业驱动的研究主题中,如何区分炒作和现实,正成为一个真正的负担。

  钠离子电池是最接近取代锂电池这一目标的,它催生了Faradion(英国)、Novasis(美国)、HiNa(我国)和Tiamat(法国)等公司。钠离子电池的可持续性吸引了工业界的目光,因为和Li2CO3等锂原料相比,Na2CO3更便宜,价格波动也更小。钠离子电池的研究和锂电相同,也分为正负极材料和电解液。

  负极:因为许多钠基插入化合物具有和锂基材料相似的结构类型,从锂离子材料的研究中得到启发快速组装了全钠离子电池,硬碳中由无序的石墨烯层和纳米孔构成的对钠离子的吸收是先是在倾斜区域进行,随后是低压平稳段,这和将Na+插入无序层中以及填充纳米孔相对应,和将Li+嵌入到石墨中相比,钠电可以实现更高的速率。

  正极:钠基层状氧化物的晶体化学性质比锂离子层状氧化物丰富,这种结构差异不仅解释了钠化学计量比和容量的变化,而且层状氧化物更容易发生钠驱动的结构相变,从而降低了寿命及功率密度。此外,对基于Na的聚阴离子相也进行了深入研究,例如磷酸盐(NaFePO4),硫酸盐Na2Fe2(SO4)3和氟磷酸盐(NaVPO4F)。Na3V2(PO4)2F3(NVPF)化合物具有特定的晶体结构,该结构由用于快速离子扩散的开放通道组成。在平均电位为3.9V的条件下,每单位化合物(即128mAh/g)可以可逆地释放2个Na+,从而供应约507Wh/kg的材料级比能,相当于锂电正极材料LiFePO4(LFP)的580Wh/kg。

  优点

  1.钠盐原材料储量丰富,价格低廉,采用铁锰镍基正极材料相比于锂电三元正极材料,原料成本低;

  2.在快速充电、再生制动和启停功能的功率能力,以及电网部门的频率调整功能等方面,依赖于开放式3D结构的钠离子电池表现得相当好;

  3.钠离子不和铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可以进一步降低成本;

  4.钠电能够在0V的电压下释放或维持,而不会改变其后续的性能。

  5.由于Na的化学性质较为柔和,因此高充电速率下出现枝晶和爆炸的可能性比锂电低。

  18650型钠离子电池和锂电池的初步性能比较

  缺点

  1.钠比锂重三倍,氧化还原电位低300mV,这本身就使钠电的能量密度比锂电至少低30%,因此钠离子电池不适用于要高能量密度的应用;

金沙彩票手机版app  2.钠离子由于半径大在正负极中嵌入/脱嵌阻力很大,可逆性差,不可逆容量损失大。

  钠电技术正在成为现实,但请不要把它当作一个革命性的新想法。通过强调各种钠电和锂电的优缺点,作者希望用户现在能够对钠电有一个清晰的认识,不是作为锂离子的替代品,而是作为锂电池的补充用于能量密度需求不高的大规模存储应用,从而最大限度地减少对锂电池短缺的担忧。


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