超级电池阅读答案 谁会是取代锂离子电池的下一代超级电池?答案刚刚出现

2018-07-16 - 超级电池

众所周知,电动汽车离大面积占据我们日常生活的那一天已经越来越近。事实上,就以现在中国道路上奔跑的特斯拉、比亚迪、北汽新能源等电动车,已经让大家感受到了另外一种出行方式的新鲜感。但在将来,这种新鲜感必定成为常态。

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不过在让这种常态变为现实之前,我们其实还有很多工作要做,最重头的,就是解决电动车充电与续航的问题。大家都知道目前制约电动车大行其道的不是别的原因,而是来自于电动车本身、来自于电动车的电池技术。目前电动车满电行驶里程还是无法与传统燃油车抗衡;而动辄几十分钟、数小时的充电时间更是限制了它们的大范围使用。

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于是,科学家就纷纷把主攻方向放在了电池技术上。最近,刚好有一批华人在《自然.能源》期刊上发表了一篇意义重大的研究成果论文,里面涉及的全新电池材料技术或许将彻底改变目前主流锂离子电池一统天下的局面。

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食盐也能变电池

这个取代“锂离子”成为蓄电池原料的物质不是什么稀罕事物,而是大家天天与之打交道的——“钠”。是的,就是我们天天做菜用到的食盐的主要元素钠离子。

这很容易理解,要取代现有的电池材料,新材料必须具有更加宽松的获取来源,否则便失去了经济意义。钠离子的来源相信大家不难脑补,我们有覆盖地球表面积超过70%的海洋,那里可以提供取之不尽的钠离子。相比较而言,目前的锂离子反而获取难度比钠离子要困难得多。

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因此,以目前的状况来看,钠离子至少从原材料来看,能够比锂离子电池节省80%——从经济学出发,钠离子已经具备取代锂离子的充分理由了。只要在性能上钠离子能够继续保持优势,取代锂离子将是必然。

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几乎全面超越

对了,忘了介绍进行这项研究的团队了。这是一支由华裔材料学家鲍哲南和崔屹教授领导的研究小组,他们均来自于斯坦福大学,而负责发表这篇论文的作者Min ah Lee也是一位斯坦福大学的博士后。

著名华裔材料科学家斯坦福大学教授鲍哲南(左)、崔屹(中)以及本次论文的第一作者、斯坦福大学博士后 Min ah Lee (右)

他们成功研发出一种新型钠离子电池阴极材料,它拥有极高的电池容量且循环寿命大幅增加(在保持电池性能稳定的前提下,充放电次数大幅增加)。以目前的技术手段,小组研发的钠离子电池循环电池容量达到了484mAh/g,阴极能量密度则高达726Wh/kg。

与优异性能相对应的是,钠离子材料成本远低于锂离子。目前锂离子电池材料每吨价格大约是15000美元;而遍地都是的钠离子材料价格只有每吨150美元。这样一种成本上的差异不可谓不大。

为什么之前不想到用钠?

其实,之前科学家也想到了钠。早在上世纪80年代,钠离子电池和锂离子电池的研究几乎是同步的。

雷克萨斯曾经使用的镍氢电池混动技术已经被逐渐淘汰

只不过,锂离子电池的研发最先取得突破。当时以钴酸锂等材料为代表的阴极材料,和由石墨构成的阳极材料组合,实现了相对较好的性能,一举取代了镍氢电池,成为用电器的主流能源模块。事实上,早在混合动力的丰田时代,镍氢蓄电池依然是主流,但是欧美厂商则走了不同的路线,他们更倾向于使用能量密度更高的锂离子电池作为车用动力单元。

而在当时,钠离子电池要么能量密度高但循环寿命短,要么循环寿命高但能量密度小。

这一次,技术有突破

这一次,钠离子电池再次浮上台面,关键在于一个新材料的运用。斯坦福大学科研小组使用了一种新的有机材料“肌醇”作为与纳反应的物质。它们反应能够得到Na2C6O6,这种化合物理论上一次可以携带4个钠离子,从而使得钠离子电池有着501mAH/g的极高电池容量。

与此同时,新型钠离子电池的循环寿命也大幅增加,充放电100次,能量密度下降10%。不可否认,这一成绩虽然与之前相比大幅提升,但这样的循环寿命依然无法商用。但这只是开始,未来钠离子电池循环寿命提升也只是时间的问题。

当然如何实现这种反应突破,那便是非常复杂的化学理论,大叔在此无意展开,估计大家也无意了解太深入。总而言之,肌醇的使用大大使得钠离子电池的容量和循环使用寿命增加。再加上钠离子获取制造、肌醇制造都比锂离子电池原料容易得多,这种钠离子电池有很大希望全面超越锂离子电池的应用范围。

所以,在全世界都在发力新能源汽车的当口,各种电池技术也面临突飞猛进。正是应了那句话“哪里有需求,哪里就有供给”。

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