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探秘钠离子充电电池


锂电池在日常生活中随处可见,我们在手机、汽车和航空等设备中几乎都可以见到锂电池的踪影。但是,锂却是一种相对稀有的元素,锂矿主要集中分布在南非的某些地方,这就势必形成一种尴尬局面,首先是锂的价格居高不下,其次就是锂的供应链条有时会因为政治因素的存在显得比较脆弱。

其实钠有着与锂特别相似的化学结构。当初锂电池投入市场的时候,研究人员就开始对钠电池进行研究,希望它能够成为锂电池的替代品,因为钠不像锂矿,它随处都可以找到。目前制造钠电池的最大技术障碍就是暂时还没有研发出特别合适的电极棒。

2015年11月底,法国国家科研中心、法国替代能源和原子能委员会的一个研究团队在其新闻发布会上公布了一条消息,他们与电化学储能研究网络合作生产出了RS2E。这种RS2E其实就是钠电池的雏形,并且已经达到了锂电池工业生产的标准,可以储存相当可观的电量。RS2E的尺寸约为18 mm x 65 mm,比我们使用的五号电池稍微大一点。

尽管新闻中称负极棒的具体构成属于商业秘密,但是早在去年10月份的时候,该团队就申请了专利,他们在负极棒上刷上了一个涂层,运用的是钛氧化物Na2Ti3O7。

这种电极结构可以储存锂离子,最近研究人员已经开始研究它是否对钠离子同样适用。“它的化学成分与锂非常接近,从这一点讲,两者之间没有太大的区别。它们的工作原理也一样,所以生产的程序也差不多。”法国国家科研中心的材料专家劳伦斯·克洛古恩诺克如是说。

还存在一个问题,那就是钠的载电效率可能比不上锂。克洛古恩诺克说,“一个钠电池的载电量比锂电池大约少0.3伏,因此就不得不研发新的可以承受更高电压或容纳更大电量的电池。”

钠电池是否能够取得与锂电池同等重要的地位看来还需进一步考证。克洛古恩诺克说:“我们已经对电极棒进行了六个月左右的研究,有望改进,至少现在来看起步工作是比较乐观的,材料也可以进一步优化。”目前钠电池的储电量达到了90瓦时/千克,已经能够与早期的锂电池进行PK。

“说实话我们还没有达到能够给特斯拉汽车供电的水平。”克洛古恩诺克说。目前对钠电池最合理的运用是将其纳入可更新的能源储存设备的范畴,因为它比锂电池单位储电成本要低,而且在体积上也有较大的上升空间。

钠电池的早期雏形产品目前没准备投放市场,但是法国替代能源和原子能委员会深信它将对工业产生影响。克洛古恩诺克表示,“我们正在和可能的合作伙伴进行有关事宜的讨论。”

撰稿:Alexander Hellemans来源:spectrum.ieee.org

 

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