電池新科技。

由于鋰價(jià)格比一年前高出五倍以上，Skoltech和羅蒙諾索夫莫斯科國立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種鈉離子電池材料，為日益昂貴的鋰離子電池提供了一種替代品。新材料是具有特定晶體結(jié)構(gòu)的磷酸釩氟化鈉粉末。它用于電池陰極，提供創(chuàng)紀(jì)錄的高儲(chǔ)能容量，消除了新興鈉離子技術(shù)的瓶頸之一。研究結(jié)果在Nature Communications上報(bào)道。

鋰離子電池?zé)o處不在：除其他外，它們?yōu)楸銛y式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，并存儲(chǔ)風(fēng)電場產(chǎn)生的能量，以平衡不規(guī)則的風(fēng)模式。然而，僅依靠鋰是有風(fēng)險(xiǎn)的，因?yàn)樗幕瘜W(xué)品變得越來越昂貴，它們的生產(chǎn)相當(dāng)骯臟，而且礦石礦床在世界各地分布不均。在元素周期表中，更豐富的堿金屬鈉可以作為鋰的可能替代品。

到目前為止，鈉離子電池技術(shù)相對較新，雖然電池單元的基本結(jié)構(gòu)相同，但主要成分必須使用不同的材料。其中，陰極對電池特性至關(guān)重要。在他們最近的論文中，Skoltech和MSU研究人員提出了一種新的正極材料，可確保電池能量密度比目前的頂級(jí)競爭者高出10%-15%。

“我們的新材料和該行業(yè)最近部署的材料都被稱為磷酸鈉 - 氟化釩 - 它們由相同元素的原子組成。使它們不同的是這些原子是如何排列的，以及它們在化合物中所占的比例，“該研究的共同作者，Skoltech的助理教授Stanislav Fedotov說。

“我們的材料也與陰極的分層材料類相媲美：它提供大致相同的電池容量和更高的穩(wěn)定性，這意味著電池的使用壽命更長，成本效益更高，”Fedotov繼續(xù)說道。值得注意的是，即使是對競爭材料的理論預(yù)測也達(dá)不到我們的實(shí)際性能，這遠(yuǎn)非微不足道，因?yàn)槔碚摑摿奈赐耆珜?shí)現(xiàn)。

根據(jù)科學(xué)家的說法，一旦再次對鈉離子電池的高效材料進(jìn)行研究，它們很可能會(huì)取代重型電動(dòng)汽車（如公共汽車和卡車）以及風(fēng)能，太陽能農(nóng)場和其他地方的固定儲(chǔ)能器中的鋰離子蓄能器。

“更高的儲(chǔ)能能力只是這種材料的優(yōu)點(diǎn)之一。它還使陰極能夠在較低的環(huán)境溫度下工作，這與俄羅斯特別相關(guān)，“Fedotov說。

Skoltech的研究實(shí)習(xí)生、該論文的主要作者Semyon Shraer分享了這項(xiàng)研究背后的想法的起源：“事實(shí)上，電池界傾向于通過經(jīng)驗(yàn)——通過反復(fù)試驗(yàn)——或者通過測試大量材料的高通量研究——來尋找新材料。我們以不同的方式處理它，并贊成合理的固態(tài)化學(xué)設(shè)計(jì)。這意味著我們依靠硬科學(xué)，使用固態(tài)化學(xué)的基本定律和原理來獲得具有所需性能的材料。

“理論上的考慮使我們找到了一種可能提供高儲(chǔ)能能力的材料的基本公式，”他繼續(xù)說道。“然后，我們需要確定哪種晶體結(jié)構(gòu)可以釋放這種潛力。我們選擇的那個(gè)被稱為KTP型框架，它來自非線性光學(xué)元件 - 這在電池工程中并不常見。經(jīng)過仔細(xì)的思考和理論化，我們意識(shí)到這種具有特定晶體結(jié)構(gòu)的特定化合物應(yīng)該起作用。然后我們設(shè)法通過低溫離子交換合成它。它就在那里，其優(yōu)越的特性現(xiàn)在被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。

最后，記得關(guān)注微信公眾號(hào)：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！