電池產業變天？俄科學家研發出新型鈉離子電池，能量密度高且可耐低溫

電池新科技。

由于鋰價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的研究人員開發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構的磷酸釩氟化鈉粉末。它用于電池陰極，提供創紀錄的高儲能容量，消除了新興鈉離子技術的瓶頸之一。研究結果在Nature Communications上報道。

鋰離子電池無處不在：除其他外，它們為便攜式電子產品和電動汽車提供動力，并存儲風電場產生的能量，以平衡不規則的風模式。然而，僅依靠鋰是有風險的，因為它的化學品變得越來越昂貴，它們的生產相當骯臟，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，鈉離子電池技術相對較新，雖然電池單元的基本結構相同，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競爭者高出10%-15%。

“我們的新材料和該行業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定性，這意味著電池的使用壽命更長，成本效益更高，”Fedotov繼續說道。值得注意的是，即使是對競爭材料的理論預測也達不到我們的實際性能，這遠非微不足道，因為理論潛力從未完全實現。

根據科學家的說法，一旦再次對鈉離子電池的高效材料進行研究，它們很可能會取代重型電動汽車（如公共汽車和卡車）以及風能，太陽能農場和其他地方的固定儲能器中的鋰離子蓄能器。

“更高的儲能能力只是這種材料的優點之一。它還使陰極能夠在較低的環境溫度下工作，這與俄羅斯特別相關，“Fedotov說。

Skoltech的研究實習生、該論文的主要作者Semyon Shraer分享了這項研究背后的想法的起源：“事實上，電池界傾向于通過經驗——通過反復試驗——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，并贊成合理的固態化學設計。這意味著我們依靠硬科學，使用固態化學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能能力的材料的基本公式，”他繼續說道。“然后，我們需要確定哪種晶體結構可以釋放這種潛力。我們選擇的那個被稱為KTP型框架，它來自非線性光學元件 - 這在電池工程中并不常見。經過仔細的思考和理論化，我們意識到這種具有特定晶體結構的特定化合物應該起作用。然后我們設法通過低溫離子交換合成它。它就在那里，其優越的特性現在被實驗證實了。

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