成本更低｜鈉基電池性能優(yōu)于80%的鋰基電池

　　分析結(jié)果表明，就性?xún)r(jià)比而言，該鈉基電池優(yōu)于鋰基電池;而單就性能來(lái)看，該新型鈉基電池優(yōu)于市面上80%的鋰基電池。

　　鋰電池的成本問(wèn)題

　　無(wú)論是推出最新超級(jí)電池的東芝，還是一直在電池技術(shù)上處于霸主地位的特斯拉，他們采用的電池都是基于鋰，也就是大家常說(shuō)的鋰電池。

　　鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究，20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。

　　由于鋰的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，使得在鋰的加工、保存和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境要求非常高，所以，鋰電池曾長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用，不過(guò)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池逐漸發(fā)展成為現(xiàn)在的主流。

　　但是此處值得注意的是，雖然鋰具有優(yōu)秀的性能，地球上鋰的存儲(chǔ)量卻是極少的，因此鋰的價(jià)格也十分之高。

　　而如今，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求增加，加之風(fēng)力和太陽(yáng)能供電技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)電力存儲(chǔ)能力的需求也隨之增加，因此成本問(wèn)題也愈加嚴(yán)峻。

　　研究初衷：保性能，降成本

　　就如何降低成本這一問(wèn)題，斯坦福大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)研制出了一種新型鈉基電池，并發(fā)表了最新論文。在文中，研究者在價(jià)格和性能兩方面詳細(xì)對(duì)比了鈉基電池與鋰基電池，證明了該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的鈉基電池可以以更低的成本儲(chǔ)存與最先進(jìn)的鋰離子電池相同的電量。

　　對(duì)于鋰電池卓越的存儲(chǔ)能力，此次研究的主要作者鮑哲南(音譯)表示十分認(rèn)可，他說(shuō)道：“鋰在電池領(lǐng)域始終占據(jù)霸主地位，它卓越的存儲(chǔ)能力是不容置疑的，但是鋰礦的量是很少的，因此利用鋰來(lái)制造電池的成本就會(huì)很高，所以我們想要研制出利用地球上富足的元素來(lái)制造電池。”

　　研究表明，電池材料的成本約占電池總成本的1/4。選用鋰礦，每噸是15000美元，而選用鈉礦，每噸只有150美元，這里同等條件下，鈉的成本只有鋰的1/10，這也就是該研究團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持選擇鈉的原因。

　　顛覆傳統(tǒng)電池構(gòu)造：鈉-肌醇

　　值得注意的是，該研究團(tuán)隊(duì)并不是第一個(gè)研究鈉基電池的團(tuán)隊(duì)，但此前在該方面研究的項(xiàng)目并未取得進(jìn)展。

　　不同于之前已有的研究，斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用的是與我們平時(shí)食用的鹽很相似的組成原理，在食用鹽里，氯化物與鈉離子組合成鹽的基本成分：氯化鈉;而在這款鈉基電池里，研究人員將鈉離子與肌醇組合。

　　肌醇與鈉的組合不像氯化鈉一樣常見(jiàn)，但是肌醇是工業(yè)界中一種常見(jiàn)的有機(jī)化合物，它源于米糠，現(xiàn)存在于嬰兒奶粉配方中。

　　在常用的鈉基電池中，鈉構(gòu)成陰極，用于存儲(chǔ)電子，在充電過(guò)程中，電池內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)磷將鈉極電子傳送到陽(yáng)極端，同理，放電過(guò)程則相反。在電流流動(dòng)過(guò)程中，如果陰極傳送電子和陽(yáng)極釋放電子這兩個(gè)過(guò)程的效率都提高，那么整個(gè)電池的存儲(chǔ)和放電效率就會(huì)更高，這樣電池的性能就會(huì)更優(yōu)。

　　基于這一認(rèn)識(shí)，斯坦福大學(xué)的博士后學(xué)者M(jìn)in Ah Lee及團(tuán)隊(duì)成員改進(jìn)了鈉與肌醇之間傳輸電子的性能，具體改進(jìn)方法不得而知，但這一方法顯著提升了當(dāng)前已有的鈉基電池的性能，超越了此前所有的研究與嘗試。

　　研究成果：性能優(yōu)于80%的鋰基電池

　　這一項(xiàng)重大改進(jìn)將鈉基電池與居于“霸主”地位的鋰基電池拉近了距離，于是團(tuán)隊(duì)開(kāi)始將改進(jìn)后的鈉基電池與現(xiàn)有的鋰電池進(jìn)行比較和分析。分析結(jié)果表明，就性?xún)r(jià)比而言，該鈉基電池優(yōu)于鋰基電池;而單就性能來(lái)看，該新型鈉基電池優(yōu)于市面上80%的鋰基電池。

　　為了進(jìn)一步優(yōu)化該電池的性能，推動(dòng)電池技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)還優(yōu)化了這種電池的充放電周期。

　　舉例來(lái)看這一優(yōu)化的必要性，如屋頂太陽(yáng)能陣列將光能轉(zhuǎn)化為電力后，電池將怎樣有效地存儲(chǔ)這種電能，以及如何有效地將存儲(chǔ)的電力提供給房屋的燈等電力設(shè)備。

　　據(jù)團(tuán)隊(duì)表示，接下來(lái)，他們開(kāi)始考慮每立方體積內(nèi)的能量密度，即鈉離子電池要儲(chǔ)存與鋰離子系統(tǒng)相同的能量，電池將會(huì)有多大，以及怎樣改進(jìn)電池的大小。

　　據(jù)了解，為了更好地研究電池的充放電過(guò)程，博士后學(xué)者Jihyun Hong和研究生Kipil Lim與SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Chueh和Michael Toney合作，他們精確地研究了鈉離子如何與陰極附著和分離，這有助于提高其整體電池設(shè)計(jì)和性能。

　　對(duì)于這一研究，材料科學(xué)家崔毅(音譯)表示：“這已經(jīng)是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)，但是我們有信心進(jìn)一步優(yōu)化磷的傳輸能力。”