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钠离子电池再获进展 未来能像锂电池一样商用吗?

来源:集邦TrendForce   更新时间:2018-09-26 08:37:19    

图片来源:普渡大学

  现今人们相当依赖锂离子电池,在电动车与电池储能系统的带动下,锂电池与锂矿的需求更是与日俱增,然而锂原料终有用尽的一天,到时是否会发生能源浩劫?

  因此美国普渡大学转向瞄准原料更加丰富、材料也较为便宜的钠离子电池,近期更成功解决钠离子电池在充放电离子「迷路」难题,进一步提升电池充放电稳定性与容量。

  钠在地壳蕴含量与成本方面都略胜锂矿一筹,其中钠地壳含量多达2.6%,蕴含量排行第6多,相较之下锂才27名,若以成本来说,锂与钠更是相差100倍,锂每公吨约15,000美元,钠则是150美元,显然钠在电池的赢面更大,但为何钠离子电池至今仍无法达到商业化?

  目前科学家已经可以控制钠遇水燃烧反应,只是在迈向商业化的道路,钠离子电池还有一大障碍待解决──在电池充放电途中钠离子容易迷路。

  钠离子电池运作方式跟锂离子电池一样,主要依靠钠离子在阴极和阳极之间移动来运作,但钠离子在充放电期间容易附着在阳极,而不会往阴极移动。

  这种情形也被称为固体电解质界面(solid-electrolyteinterphase,SEI),离子会在石墨电极上形成千分之公厘厚的薄膜,可保护碳粒与酸性电解质发生有害反应,同时让离子在电极跟电解质之间穿梭,普渡大学化学工程副教授Vilas Pol表示,出现SEI现象并非坏事,只是SEI薄膜太厚会消耗充电所需的钠离子。

  因此普渡大学提出一项解决方案,若把钠制成粉末状,就可以为SEI提供所需的钠来保护碳粒,也不会消耗充放电所需的钠离子。

  研究为了减少钠与水气的接触,团队在装满惰性气体氩气的手套箱进行实验,并利用超声波把块状钠融化成像是葡萄牛奶般的液体,最后再将液体冷却,并将他们悬浮于己烷溶液中、让钠颗粒在溶液中可均匀分布。

  实验结果也相当符合科学家的期待,在阳极或是阴极滴入几滴钠悬浮液(suspension)后,钠离子电池充放电稳定性与电池容量皆有效提高。Pol表示,只要略为修改电极加工制程就能提升电池性能,这也是帮助钠离子电池迈向商业化的另一种方式。

  虽然钠离子的体积约为锂离子的两倍,重量或是能量密度或许无法比锂离子电池相比,但该技术成本较低,有望大幅降低电网级电池储能系统成本,各方研究机构皆引颈期盼钠离子电池的发展,目前普渡大学新技术已提交临时申请。

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