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近年來，鈉離子電池憑借其原材料資源儲備豐富、提取成本較低、自主可控等優(yōu)勢，正加速從實驗室邁向產(chǎn)業(yè)化，有望與鋰離子電池在儲能領(lǐng)域形成互補，展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

近日，中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)機械與能源工程系講席教授趙天壽，副研究員韓美勝，副教授曾林團隊提出了一種集成聚陰離子和層狀氧化物的復(fù)合正極用于鈉離子電池，實現(xiàn)了十萬圈循環(huán)壽命，容量保持率達72.6%，為長壽命、低成本鈉離子電池設(shè)計策略帶來新思路。相關(guān)成果發(fā)表在國際能源頂尖期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》上。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

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突破長循環(huán)壽命極限UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

鋰離子電池憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命和成本持續(xù)降低的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于電動汽車、儲能系統(tǒng)等新能源領(lǐng)域。然而，鋰資源短缺的問題制約了其發(fā)展，進一步促使研究人員和產(chǎn)業(yè)界探索替代技術(shù)。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

鈉資源豐富，成本低，且與鋰同族，化學(xué)性質(zhì)相似，有望成為鋰的有力補充。此外，研究發(fā)現(xiàn)鈉離子電池在低溫性能、安全性方面優(yōu)勢突出，其性能特征和市場前景已被市場充分認(rèn)知，被認(rèn)為是最有潛力的新型儲能電池之一。然而，傳統(tǒng)鈉離子電池正極材料存在明顯短板，聚陰離子型化合物穩(wěn)定性高但容量低，層狀氧化物容量高卻易受空氣和水汽侵蝕，且循環(huán)穩(wěn)定性差。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在該研究中，該團隊設(shè)計了一種嵌入多孔碳框架的聚陰離子-層狀氧化物復(fù)合正極，該正極由富鈉聚陰離子化合物和層狀氧化物組成原位共生雙相異質(zhì)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過優(yōu)化后顯著提升了鈉離子存儲性能。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

研究團隊創(chuàng)新性地將聚陰離子型化合物和層狀氧化物結(jié)合，通過鐵摻雜降低磷酸釩鈉的帶隙，激活釩元素的氧化還原反應(yīng)，提升導(dǎo)電性和比容量；同時引入多孔碳骨架，增強電子傳導(dǎo)并緩沖體積膨脹。此外，低應(yīng)變的層狀氧化物相作為“穩(wěn)定劑”，有效緩解充放電過程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

論文第一作者、南科大機械與能源工程系碩士生鄒支宇介紹，該復(fù)合正極在0.1C倍率下可逆容量達130mAh/g，100C高倍率的電流密度下，循環(huán)十萬次后容量保持率為72.6%，遠超當(dāng)前聚陰離子型正極的壽命極限,比絕大多數(shù)的報道高出一個數(shù)量級。團隊還成功制備出安時級軟包電池，能量密度達153.4Wh/kg，循環(huán)壽命超500次，為后續(xù)工程化驗證奠定基礎(chǔ)。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

鈉電產(chǎn)業(yè)迎來廣闊發(fā)展機遇UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

當(dāng)前，全球范圍內(nèi),鈉電池市場規(guī)模正呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。根據(jù)《2024中國鈉離子電池報告》數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前，鈉離子電池在全球范圍內(nèi)已實現(xiàn)了小規(guī)模生產(chǎn)以及特定場景的示范應(yīng)用，2023年全球市場規(guī)模達3.2億美元，預(yù)計到2030年將接近10億美元。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

近年來，我國高度重視鈉離子電池的研發(fā)應(yīng)用。2022年，鈉離子電池被列入《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》；2023年，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確加強新型儲能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“從電池全生命周期來看，長壽命正極材料有望進一步推動鈉離子電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展?！闭撐牡谝煌ㄓ嵶髡摺⒛峡拼蟾毖芯繂T韓美勝介紹，研究團隊通過將鈉離子電池正極的兩個主要體系-聚陰離子和層狀氧化物正極橋接起來，表明集成正極中的協(xié)同效應(yīng)可以推動高能量密度、快速充電和長循環(huán)壽命正極的開發(fā)，并拓寬了未來正極研究的組成空間。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

這種長壽命、低成本的鈉離子電池正極設(shè)計策略展現(xiàn)了其在未來大規(guī)模儲能系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用前景。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

”盡管鈉資源儲量是鋰的千倍，但與鋰電池相比其產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，研發(fā)時間較短。目前鈉離子電池大規(guī)模商業(yè)化的核心挑戰(zhàn)在于成本高、能量密度低以及循環(huán)壽命短?！表n美勝表示，當(dāng)前鈉離子電池硬碳負極容量低、首效低、循環(huán)壽命相對較短以及電解液成本高等制約了鈉電池的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，推動鈉離子電池的發(fā)展需要多線并進。目前研究團隊正在積極探索適配這款長壽命正極的負極材料和電解液體系，以完善長壽命鈉離子電池研發(fā)體系。未來，隨著技術(shù)迭代與政策支持，鈉離子電池有望成為大規(guī)模儲能的主力軍，助力我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)與能源安全戰(zhàn)略。UhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D4EE05110FUhS即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com