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动力电源研究:从锂电池到高比能室温钠硫电池

导读: 由中科院化学所研究员郭玉国领衔的团队在新型高比能室温钠硫电池研究方面取得重要进展。与锂电池相比,钠电池的优势在于其成本较低,应用主要面向大规模固定式储能。高比能钠二次电池的开发,可以与锂二次电池实现优势互补,共同推动能源交通业的发展。

  由中科院化学所研究员郭玉国领衔的团队在新型高比能室温钠硫电池研究方面取得重要进展。相关成果近期发表在《先进材料》杂志的封底上。

  郭玉国在接受记者采访时表示,室温高比能钠硫电池在储能领域具有较好的应用前景,但实现商业化仍需时日。

  钠硫电池前景看好

  2007年回国的郭玉国最初研究方向并不是钠硫电池,而是同样属于高比能金属二次电池的锂硫电池。

  “锂硫电池是极具应用前景的下一代高比能金属锂二次电池,其理论能量比高出现有锂离子电池4至5倍。”郭玉国说。

  从2009年开始,郭玉国带领研究团队开始主攻锂硫电池,他们提出利用碳纳米孔道限域的链状小硫分子解决锂硫电池中多硫离子溶出难题,并因此成功制备出一种电化学性能优异的纳米复合正极材料。

  他向记者介绍道,这种非常规的硫分子—碳复合正极材料有效解决了锂硫电池硫正极的循环问题,攻破了传统硫正极材料由于多硫化物溶出导致循环性能差的难题,使得锂硫电池能具有长循环寿命。

  同时,由于硫颗粒的尺寸已降至分子级,这使得硫的电化学活性也显著提高。

  化学所锂硫电池研究团队的博士辛森指出,这种基于纳米孔道限域效应的小分子硫—碳复合正极材料在锂硫电池中表现出很高的比容量、优异的循环稳定性以及高倍率性能。

  随着动力锂电池逐渐应用于电动汽车,对锂的需求量将大大增加。

  在锂硫电池材料方面获得较大突破后,郭玉国开始琢磨将其应用在钠硫电池上的可能性:“传统锂离子电池能量密度已经接近理论极限,而且锂在地壳中的丰度较低,储量有限,使其成本居高不下。随着全球储能需求的猛增,锂资源或将面临稀缺的局面。与之相比,全球范围内的钠资源非常丰富,如海水就是钠离子取之不尽的源泉。”

  钠硫电池技术起源于上世纪 60年代。钠硫电池是通过硫与钠之间的电化学反应实现化学能和电能相互转换的一类金属二次电池。

  同锂硫电池类似的是,钠硫电池的正极(S)和负极(Na)也具有很高的理论比容量。高温钠硫电池的理论比能量高达760Whkg-1,在智能电网等储能领域具有很高的应用潜力。

  此外,作为电极材料的钠硫成本优势明显,也使得钠硫电池极具商业化前景。

  中投顾问新能源行业研究员沈宏文对记者表示,与普通电池相比,钠硫电池具有比能量高、可大电流充电、充放电效率高等优势,从产生之初便受到了各国科研机构、电池厂商的高度关注。

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