在电池这个庞大的家族中，相比人们熟知的锂离子电池、铅酸电池，钠离子电池等因储能容量受限、循环次数较少因素未能成为市场的“宠儿”。不过，近日中国科学院物理所研究员胡勇胜带领团队成功利用无烟煤制作出钠离子电池负极，为其进一步市场化应用提供了可能。
无烟煤为钠离子提供存储空间
研究发现，锂离子电池有强大的应用领域，更多是缘于石墨属于高度有序的碳材料，它有低而平稳的充放电电位平台，具有充放电容量大且效率高、循环性能好的优点。但石墨却并不适用于钠离子，因为钠离子只有在无序的硬碳材料中才能“大展身手”。不过，从成本角度出发，硬碳远远高于石墨。于是，经过几番试验，胡勇胜发现，通过裂解无烟煤可以得到一种软碳材料，可以将其作为钠离子电池负极材料。
在经过对铜铁锰基氧化物材料的试验后，胡勇胜发现，在层状材料中加入铜，可以提高材料的导电性，另外含铜系列的化合物不怕水，在空气中相对稳定，“这对电池应用来说非常重要，因为材料吸水会遇到一系列的问题，会增加材料成本”。胡勇胜说，最终铜铁锰成为钠离子电池正极材料的理想选择。
“相中”低速电动车市场
虽然钠离子电池距离批量生产、应用尚需时日，但胡勇胜已经瞄准低速电动车市场。“目前，我国绝大多数电动自行车、电动三轮车甚至老年代步车的电池使用的均为铅酸电池。”胡勇胜说，虽然铅酸电池在价格上有优势，但更高比能量的电池是大势所趋。
“由于环保压力及技术升级，铅酸电池的成本势必会增加，已经有不少生产铅酸电池的主流企业，开始涉足生产锂离子电池。”胡勇胜提到。但地球上锂资源的储量有限，锂的应用领域却非常广阔，除了电池行业，陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、等行业都对锂有需求。胡勇胜认为，钠离子电池的出现有望在一定程度上缓解因锂资源短缺引发的发展受限问题，是锂离子电池有益的补充。
胡勇胜的团队经过测试发现：若以铜铁锰基氧化物为正极，无烟煤基软碳为负极，钠离子电池的能量密度达到100Wh/kg。虽然看起来尚不如锂离子电池，但已是铅酸电池的两倍多。同时，实验室Ah级电池的充放电循环数已达500次以上，优于铅酸电池，能量转换效率高达90%，低温性能良好(-20℃放电容量是室温放电容量的86%)，并通过了一系列针刺、挤压、短路、过充、过放等适于锂离子电池的安全试验。而且其材料成本却比锂离子电池低40%左右。“也就是说如果建立了铅酸电池的回收制度，钠离子电池规模化生产后，其成本将接近铅酸电池。”
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