后鋰電池時代：哪種電池技術會脫穎而出（二）

　　圖5：高速充放電特性出色的鈉離子充電電池利用東京理科大學試制的紐扣型電池進行充放電的結果顯示，鈉離子充電電池在高速充放電中也具備優(yōu)異的特性。

　　利用鐵的氧化還原反應

　　由于負極可利用硬碳，與鋰離子充電電池研究一樣，探索可實現(xiàn)高容量化正極材料的開發(fā)也日益活躍。最近備受關注的是，可實現(xiàn)高容量化、且不同于鋰離子充電電池的正極材料。其中之一就是可利用鐵的3價和4價氧化還元反應。鋰離子充電電池不會發(fā)生鐵氧化還原反應，只能利用鎳、錳和鈷等過渡元素的氧化還原反應。

　　實際上，東京理科大學發(fā)布的鐵類層狀正極材料Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2的比容量為190mAh/g注1）。特點是，顯示出了鈉和氧形成三棱柱網(wǎng)格的P2型層狀構造。

　　注1） 東京理科大學以“層狀含鈉鐵錳類氧化物的結晶構造和電氣化學特性”為題發(fā)表了演講［演講序號：1E29］。

　　僅以鐵構成的NaFeO2一般采用鈉和氧形成八面體網(wǎng)格的O3型積層構造，以3.5V以上電壓充電時，隨著鐵離子的移動會發(fā)生不可逆相變。而P2型Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2即使充電電壓超過3.5V，也可以根據(jù)鐵的氧化還原反應獲得可逆容量，充電電壓提高至4.5V時仍能維持層狀構造。

　　東京理科大學的研發(fā)小組認為，雖然Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2的平均電壓只有2.75V，但比容量高，因此能確保能量密度超過正極材料采用LiFePO4的鋰離子充電電池（圖6）。另外，目前通過使鐵和錳的比例各占一半來維持P2型，“如果減少錳的用量后仍能維持P2型的話，還能進一步提高容量”（東京理科大學綜合研究機構講師藪內直明）。

　　圖6：利用新的正極材料實現(xiàn)190mAh/g的比容量

　　東京理科大學在本屆電池研討會上就擁有高比容量的正極材料Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2發(fā)表了演講。鈉和氧以三棱柱構造（P2型）排列（a）。通過錳和鐵的氧化還原反應實現(xiàn)了190mAh/g的高容量（b）。雖然新材料的平均電位稍低，只有2.75V，但作為電池可實現(xiàn)高能量密度（c）。