2020-11-13 中國新聞網 張素
語音播報
記者12日從中科海納獲悉，中國科學家針對鈉離子電池進行相關研究，並於近日在頂級學術刊物Science發表相關成果。該研究提出一種預測鈉離子層狀氧化物構型的方法，並在實驗上證實其有效性，將為設計製備低成本、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料提供理論指導。
這篇論文是由中國科學院物理研究所研究員、中科海鈉創始人兼董事長胡勇勝主導撰寫。中國科學院物理研究所副研究員陸雅翔、法國波爾多大學教授Claude Delmas、荷蘭代爾夫特理工大學教授Marnix Wagemaker等參與研究。
胡勇勝介紹說，隨著全球化學電池市場的快速發展和人們對環境問題的日益重視，二次電池（又稱可充電電池或蓄電池）這種能實現電能與化學能轉化的新型儲能技術受到廣泛關注。鋰離子電池雖然已成為佔據全球電化學儲能規模市場份額的「絕對一哥」，但由於其資源的稀缺性和較高昂成本，產業發展面臨「天花板」。資源儲量豐富、成本低廉的鈉離子電池便成為極佳補充。
「然而，鈉離子電池的性能卻受到可用電極材料的限制，尤其是以層狀氧化物材料為主的正極材料的限制。」他解釋說，鈉離子層狀氧化物具有O和P兩種構型，但目前的技術手段僅可實現對合成出的材料進行物理表徵以確定具體構型，無法直接預測材料的堆積結構，這嚴重阻礙了層狀氧化物正極材料的性能設計和新型正極材料的發現。
胡勇勝說，過去幾年裡，中科院物理研究所和中科海鈉團隊就鈉離子層狀氧化物兩種構型形成的影響因素展開了大量實驗研究，並積極探索其在鈉離子電池應用中的場景落地。其中在2016年，中國科學院物理研究所博士戚興國創新性地引入等效半徑的概念來預測堆疊機構。
此次，研究者們引入「陽離子勢」來表示陽離子電子密度及其極化率的程度，捕捉層狀材料的關鍵相互作用，使預測堆積結構成為可能。通過合理設計和製備具有改良性能的層狀電極材料，證明了堆疊結構決定材料的特性，為鹼金屬層狀氧化物的設計提供了有效解決方案。
「一般而言，O3相正極材料具有較高的初始Na含量，能夠脫出更多的鈉離子，具有較高的容量，適用於低速電動車、大規模儲能領域；P2相正極材料具有較大的Na層間距，能夠提升鈉離子的傳輸速率和保持層狀結構的完整性，具有優異的倍率性能和循環性能，在充電樁、調頻、數據中心等快充場景應用更具優勢。」胡勇勝說。
他還表示，中科海鈉成立三年以來實現了鈉離子電池的大規模量產，月產能突破30萬隻，希望同更多行業內研究機構及企業展開交流合作，推動鈉離子電池的產業化應用。
記者12日從中科海納獲悉，中國科學家針對鈉離子電池進行相關研究，並於近日在頂級學術刊物Science發表相關成果。該研究提出一種預測鈉離子層狀氧化物構型的方法，並在實驗上證實其有效性，將為設計製備低成本、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料提供理論指導。
這篇論文是由中國科學院物理研究所研究員、中科海鈉創始人兼董事長胡勇勝主導撰寫。中國科學院物理研究所副研究員陸雅翔、法國波爾多大學教授Claude Delmas、荷蘭代爾夫特理工大學教授Marnix Wagemaker等參與研究。
胡勇勝介紹說，隨著全球化學電池市場的快速發展和人們對環境問題的日益重視，二次電池（又稱可充電電池或蓄電池）這種能實現電能與化學能轉化的新型儲能技術受到廣泛關注。鋰離子電池雖然已成為佔據全球電化學儲能規模市場份額的「絕對一哥」，但由於其資源的稀缺性和較高昂成本，產業發展面臨「天花板」。資源儲量豐富、成本低廉的鈉離子電池便成為極佳補充。
「然而，鈉離子電池的性能卻受到可用電極材料的限制，尤其是以層狀氧化物材料為主的正極材料的限制。」他解釋說，鈉離子層狀氧化物具有O和P兩種構型，但目前的技術手段僅可實現對合成出的材料進行物理表徵以確定具體構型，無法直接預測材料的堆積結構，這嚴重阻礙了層狀氧化物正極材料的性能設計和新型正極材料的發現。
胡勇勝說，過去幾年裡，中科院物理研究所和中科海鈉團隊就鈉離子層狀氧化物兩種構型形成的影響因素展開了大量實驗研究，並積極探索其在鈉離子電池應用中的場景落地。其中在2016年，中國科學院物理研究所博士戚興國創新性地引入等效半徑的概念來預測堆疊機構。
此次，研究者們引入「陽離子勢」來表示陽離子電子密度及其極化率的程度，捕捉層狀材料的關鍵相互作用，使預測堆積結構成為可能。通過合理設計和製備具有改良性能的層狀電極材料，證明了堆疊結構決定材料的特性，為鹼金屬層狀氧化物的設計提供了有效解決方案。
「一般而言，O3相正極材料具有較高的初始Na含量，能夠脫出更多的鈉離子，具有較高的容量，適用於低速電動車、大規模儲能領域；P2相正極材料具有較大的Na層間距，能夠提升鈉離子的傳輸速率和保持層狀結構的完整性，具有優異的倍率性能和循環性能，在充電樁、調頻、數據中心等快充場景應用更具優勢。」胡勇勝說。
他還表示，中科海鈉成立三年以來實現了鈉離子電池的大規模量產，月產能突破30萬隻，希望同更多行業內研究機構及企業展開交流合作，推動鈉離子電池的產業化應用。