钠离子电池研究新进展：存储锂离子电池同等能量成本不到80%

锂离子电池已经成为了各个行业的储能首选，从手机到汽车，几乎无所不包。但是它的电极材料（锂/Li）比较稀有，因此开采和精炼占据了成本的大头。

 

 

锂离子电池已经成为了各个行业的储能首选，从手机到汽车，几乎无所不包。但是它的电极材料（锂/Li）比较稀有，因此开采和精炼占据了成本的大头。多年来，我们一直在寻找更实惠的替代品。而斯坦福大学的研究人员们，就将目光瞄向了古老的材料（盐/NaCl）上——其最新研制的钠离子电池，能够以80%不到的成本，存储与锂离子电池相当的能量！

 

 

图1：Na2C6O6分子结构，及其在纳电池中、于不同条件下所表现的电化学性质（不一致的相变）。

 

斯坦福大学最新开发的钠离子电池，已在储能成本上将锂离子电池远远抛在后头。地球拥有广阔的海洋和盐湖等钠盐来源，因而钠离子无疑成为了一个完美的低成本储能候选。

 

 

图2：Na2C6O6充钠-去钠（嵌纳-脱纳）过程的相位变换

 

此外钠电池可以有许多种形态，比如笔记本电脑上常见的18650电芯。首席研究者Zhenan Bao表示：“性能上，锂元素暂时还找不到对手。但它实在太贵太稀有，因而我们需要开发元素更加丰富、成本更加低廉的钠基电池”。

 

 

图3：Na2C6O6在充钠-去钠（嵌纳-脱纳）过程中的电压变化

 

斯坦福团队采用了钠盐电极的设计，充上正电荷的钠离子会游向充负电荷的磷正极——这两种元素在自然界中的储量都很丰富。研究人员还称：为了改进充放电循环周期，他们分析了电池工作时，钠离子附着和脱离阴极的原子力水平。

 

 

 

图4：可逆相变期间的形态学变化，以及Na2C6O6储钠的氧化-还原机制

 

最终，他们的钠离子电池实现了高达484 mAh/g的可逆容量、以及726 Wh/kg的能量密度。新电池的能源效率据称超过了87%，至于最重要的成本方面，研究人员声称可以80%不到的投入，实现与锂离子电池相当的储电量。

 

 

图5：Na2C6O6电极在半电池和全电池中的电化学四储钠表现