誰會是取代鋰離子電池的下一代超級電池?

眾所周知，電動汽車離大面積佔據我們日常生活的那一天已經越來越近。事實上，就以現在中國道路上奔跑的特斯拉、比亞迪、北汽新能源等電動車，已經讓大家感受到了另外一種出行方式的新鮮感。但在將來，這種新鮮感必定成為常態。  

不過在讓這種常態變為現實之前，我們其實還有很多工作要做，最重頭的，就是解決電動車充電與續航的問題。大家都知道目前制約電動車大行其道的不是別的原因，而是來自於電動車本身、來自於電動車的電池技術。目前電動車滿電行駛裡程還是無法與傳統燃油車抗衡；而動輒幾十分鐘、數小時的充電時間更是限制了它們的大範圍使用。

於是，科學家就紛紛把主攻方向放在了電池技術上。最近，剛好有一批華人在《自然.能源》期刊上發表了一篇意義重大的研究成果論文，裡面涉及的全新電池材料技術或許將徹底改變目前主流鋰離子電池一統天下的局面。

食鹽也能變電池

這個取代「鋰離子」成為蓄電池原料的物質不是什麼稀罕事物，而是大家天天與之打交道的——「鈉」。是的，就是我們天天做菜用到的食鹽的主要元素鈉離子。

這很容易理解，要取代現有的電池材料，新材料必須具有更加寬鬆的獲取來源，否則便失去了經濟意義。鈉離子的來源相信大家不難腦補，我們有覆蓋地球表面積超過70%的海洋，那裡可以提供取之不盡的鈉離子。相比較而言，目前的鋰離子反而獲取難度比鈉離子要困難得多。因此，以目前的狀況來看，鈉離子至少從原材料來看，能夠比鋰離子電池節省80%——從經濟學出發，鈉離子已經具備取代鋰離子的充分理由了。只要在性能上鈉離子能夠繼續保持優勢，取代鋰離子將是必然。

 

幾乎全面超越

對了，忘了介紹進行這項研究的團隊了。這是一支由華裔材料學家鮑哲南和崔屹教授領導的研究小組，他們均來自於史丹福大學，而負責發表這篇論文的作者Min ah Lee也是一位史丹福大學的博士後。

圖 | 著名華裔材料科學家史丹福大學教授鮑哲南（左）、崔屹（中）以及本次論文的第一作者、史丹福大學博士後 Min ah Lee （右）

他們成功研發出一種新型鈉離子電池陰極材料，它擁有極高的電池容量且循環壽命大幅增加（在保持電池性能穩定的前提下，充放電次數大幅增加）。以目前的技術手段，小組研發的鈉離子電池循環電池容量達到了484mAh/g，陰極能量密度則高達726Wh/kg。

與優異性能相對應的是，鈉離子材料成本遠低於鋰離子。目前鋰離子電池材料每噸價格大約是15000美元；而遍地都是的鈉離子材料價格只有每噸150美元。這樣一種成本上的差異不可謂不大。

為什麼之前不想到用鈉？

其實，之前科學家也想到了鈉。早在上世紀80年代，鈉離子電池和鋰離子電池的研究幾乎是同步的。

雷克薩斯曾經使用的鎳氫電池混動技術已經被逐漸淘汰  

只不過，鋰離子電池的研發最先取得突破。當時以鈷酸鋰等材料為代表的陰極材料，和由石墨構成的陽極材料組合，實現了相對較好的性能，一舉取代了鎳氫電池，成為用電器的主流能源模塊。事實上，早在混合動力的豐田時代，鎳氫蓄電池依然是主流，但是歐美廠商則走了不同的路線，他們更傾向於使用能量密度更高的鋰離子電池作為車用動力單元。

而在當時，鈉離子電池要麼能量密度高但循環壽命短，要麼循環壽命高但能量密度小。

這一次，技術有突破

這一次，鈉離子電池再次浮上檯面，關鍵在於一個新材料的運用。史丹福大學科研小組使用了一種新的有機材料「肌醇」作為與納反應的物質。它們反應能夠得到Na2C6O6，這種化合物理論上一次可以攜帶4個鈉離子，從而使得鈉離子電池有著501mAH/g的極高電池容量。與此同時，新型鈉離子電池的循環壽命也大幅增加，充放電100次，能量密度下降10%。不可否認，這一成績雖然與之前相比大幅提升，但這樣的循環壽命依然無法商用。但這只是開始，未來鈉離子電池循環壽命提升也只是時間的問題。

當然如何實現這種反應突破，那便是非常複雜的化學理論，大叔在此無意展開，估計大家也無意了解太深入。總而言之，肌醇的使用大大使得鈉離子電池的容量和循環使用壽命增加。再加上鈉離子獲取製造、肌醇製造都比鋰離子電池原料容易得多，這種鈉離子電池有很大希望全面超越鋰離子電池的應用範圍。

所以，在全世界都在發力新能源汽車的當口，各種電池技術也面臨突飛猛進。正是應了那句話「哪裡有需求，哪裡就有供給」。