休斯頓大學(xué)Canepa 研究實驗室的一個跨學(xué)科研究國際團隊開發(fā)了一種用于鈉離子電池的新型材料，可以提高鈉離子電池的效率并提高其能源性能，為更可持續(xù)和更實惠的能源未來鋪平道路。

新材料磷酸釩鈉，化學(xué)式為 NaxV2（采購訂單4)3，通過將能量密度（每公斤存儲的能量）提高 15% 以上來提高鈉離子電池的性能。與舊款鈉離子電池的 396 Wh/kg 相比，這種材料的能量密度更高，為每千克 458 瓦時 （Wh/kg），使鈉技術(shù)更接近于鋰離子電池的競爭。

“鈉比鋰便宜近 50 倍，甚至可以從海水中提取，這使其成為大規(guī)模儲能更可持續(xù)的選擇，”休斯頓大學(xué)電氣與計算機工程助理教授、卡內(nèi)帕實驗室首席研究員皮耶爾馬努埃萊?卡內(nèi)帕表示，“鈉離子電池的生產(chǎn)成本可能更低、更容易，有助于減少對鋰的依賴，并使電池技術(shù)在全球范圍內(nèi)更易獲得。”

研究人員使用新型材料 NaxV2 (PO4) 3 制造了電池原型，并展示了顯著的儲能性能提升。NaxV2 (PO4) 3 屬于“鈉超離子導(dǎo)體”（NaSICONs）系列，其設(shè)計允許鈉離子在充放電過程中順暢地進出電池。

與現(xiàn)有材料不同，NaxV2 (PO4) 3 具有獨特的鈉離子處理方式，使其能夠作為單相系統(tǒng)運行，即在釋放或吸收鈉離子時保持穩(wěn)定。這使得 NaSICON 在充電和放電過程中保持穩(wěn)定，同時提供 3.7 伏的連續(xù)電壓，高于現(xiàn)有材料的 3.37 伏。

雖然這種差異可能看起來很小，但它顯著增加了電池的能量密度或它可以為其重量存儲多少能量。其效率的關(guān)鍵是釩，它可以以多種穩(wěn)定狀態(tài)存在，使其能夠保持和釋放更多的能量。

“連續(xù)的電壓變化是一個關(guān)鍵特性，”Canepa 說。“這意味著電池可以更高效地運行，而不會影響電極的穩(wěn)定性。這改變了鈉離子技術(shù)的游戲規(guī)則。

可持續(xù)未來的可能性

這項工作的意義不僅限于鈉離子電池。用于產(chǎn)生 Na 的合成方法xV2（采購訂單4)3可以應(yīng)用于具有類似化學(xué)成分的其他材料，為先進的儲能技術(shù)開辟了新的可能性。這反過來可能會影響從更實惠、更可持續(xù)的電池到為我們的設(shè)備供電的方方面面，以幫助我們過渡到更清潔的能源經(jīng)濟。

“我們的目標是找到清潔、可持續(xù)的儲能解決方案，”Canepa 說。“這種材料表明，鈉離子電池可以滿足現(xiàn)代技術(shù)的高能量需求，同時具有成本效益和環(huán)保性。”

基于這項工作的一篇論文發(fā)表在《自然材料》雜志上。