基本介紹
- 中文名：鈉離子電池
- 外文名： sodion battery/sodion cell
- 產品特色：儲量豐富、價格低廉
- 工作原理：鈉離子在正負極之間嵌脫充放電
工作原理,技術優勢,研究歷史,
工作原理
在充放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫出：充電時，Na+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極；放電時則相反。
新款18650鈉離子電池，藉助了鈉離子轉移（而不是鋰離子）來存儲和釋放電能。
技術優勢
研究人員將這種特定的材料定位商業機密，LITEN合作研究員Loïc Simonin指出：“其能量密度可與磷酸鐵鋰等鋰離子電池相匹敵”。
與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優勢有：（1）鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，採用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；（2）由於鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液（同樣濃度電解液，鈉鹽電導率高於鋰電解液20%左右）降低成本；（3）鈉離子不與鋁形成合金，負極可採用鋁箔作為集流體，可以進一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；（4）由於鈉離子電池無過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大於100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優勢明顯，有望在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。
研究歷史
鈉離子電池研究最早開始於上世紀八十年代前後，早期被設計開發出來的電極材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2電化學性能不理想，發展非常緩慢。尋找合適的鈉離子電極材料是鈉離子儲能電池實現實際套用的關鍵之一。2010年以來，根據鈉離子電池特點設計開發了一系列正負極材料，在容量和循環壽命方面有很大提升，如作為負極的硬碳材料、過渡金屬及其合金類化合物，作為正極的聚陰離子類、普魯士藍類、氧化物類材料，特別是層狀結構的NaxMO2（M= Fe、Mn、Co、V、Ti）及其二元、三元材料展現了很好的充放電比容量和循環穩定性。
由於鈉離子相對更大，需要更大的能量來驅動離子的運動，這方面一度是新電池技術最頭疼的問題，直到科學家們像碳芯電池一樣，採用碳作為驅動介質，使得鈉離子電池的能效可以達到鋰電池的7倍之多，而且可循環充電的次數更多。此外，鈉離子的液態記憶這項難題也被攻克。
2015年11月30日，法國一支研究團隊已經在可充電電池材料上取得了一項重大進步，“18650”鋰電池被普遍用於筆記本、LED手電、以及特斯拉Model S汽車等設備上，但法國國家科學研究中心的研究人員們首次開發出了業界標準的18650規格的鈉離子電池。
上海交通大學馬紫峰教授研究小組在國家自然科學基金委和國家973計畫支持下，從工業化套用角度出發，採用氧化石墨烯對[Na2/3[Ni1/3 Mn2/3]O2電極進行修飾改性，製備了無粘結劑的高電導特性的柔性電極，在0.1C至10C充放循環條件下，獲得良好的容量和循環性能。該研究小組還採用廉價的普魯士藍類材料（NaMFe(CN)6），通過最佳化晶體內部分子結構，構築了高容量、長循環壽命的鈉離子電池正極材料。其比容量高達118.2 mAh/g （10 mA/g）。在國際上首次將該材料與硬碳負極材料製備了儲能型鈉離子電池的原型電池，其能量密度達到了81.72 Wh/kg，是鉛酸電池的2倍，為儲能型鈉離子電池工業化奠定良好的技術基礎。
2018年12月，南京理工大學夏暉教授與中外團隊合作，首創結構設計和調控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進展，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池，相關成果發表在《自然·通訊》上。這種正極材料製成的電極比容量達到211.9毫安時每克，而市面上流通的鋰電池正極材料比容量約為140毫安時每克。充放電過程中，這種正極材料結構穩定無相變，體積變化僅為2%，循環充放電1000次後，比容量保持率高達94.6%，而電池行業一般的比容量保持率標準約為80%。
