钠离子电池新材料?能量密度458 Wh/kg,接近锂离子电池

休斯顿大学Canepa研究实验室的一个跨学科研究国际团队开发了一种用于钠离子电池的新型材料，可以提高钠离子电池的效率并提高其能源性能，为更可持续和更实惠的能源未来铺平道路。

新材料磷酸钒钠，化学式为NaxV2(采购订单4)3，通过将能量密度(每公斤存储的能量)提高15%以上来提高钠离子电池的性能。与旧款钠离子电池的396 Wh/kg相比，这种材料的能量密度更高，为每千克458瓦时(Wh/kg)，使钠技术更接近于锂离子电池的竞争。

“钠比锂便宜近50倍，甚至可以从海水中提取，这使其成为大规模储能更可持续的选择，”休斯顿大学电气与计算机工程助理教授、卡内帕实验室首席研究员皮耶尔马努埃莱・卡内帕表示，“钠离子电池的生产成本可能更低、更容易，有助于减少对锂的依赖，并使电池技术在全球范围内更易获得。”

研究人员使用新型材料NaxV2 (PO4) 3制造了电池原型，并展示了显著的储能性能提升。NaxV2 (PO4) 3属于“钠超离子导体”(NaSICONs)系列，其设计允许钠离子在充放电过程中顺畅地进出电池。

与现有材料不同，NaxV2 (PO4) 3具有独特的钠离子处理方式，使其能够作为单相系统运行，即在释放或吸收钠离子时保持稳定。这使得NaSICON在充电和放电过程中保持稳定，同时提供3.7伏的连续电压，高于现有材料的3.37伏。

虽然这种差异可能看起来很小，但它显着增加了电池的能量密度或它可以为其重量存储多少能量。其效率的关键是钒，它可以以多种稳定状态存在，使其能够保持和释放更多的能量。

“连续的电压变化是一个关键特性，”Canepa说。“这意味着电池可以更高效地运行，而不会影响电极的稳定性。这改变了钠离子技术的游戏规则。

可持续未来的可能性

这项工作的意义不仅限于钠离子电池。用于产生Na的合成方法xV2(采购订单4)3可以应用于具有类似化学成分的其他材料，为先进的储能技术开辟了新的可能性。这反过来可能会影响从更实惠、更可持续的电池到为我们的设备供电的方方面面，以帮助我们过渡到更清洁的能源经济。

“我们的目标是找到清洁、可持续的储能解决方案，”Canepa说。“这种材料表明，钠离子电池可以满足现代技术的高能量需求，同时具有成本效益和环保性。”

基于这项工作的一篇论文发表在《自然材料》杂志上。