物理所室溫鈉離子儲能電池正極材料研究取得新進展

發布時間：2013-05-07 10:30 原文鏈接：物理所室溫鈉離子儲能電池正極材料研究取得新進展

　　鋰離子電池不僅廣泛用于移動電話、攝像機、筆記本電腦等便攜式電子設備,還是電動汽車動力電池的最佳選擇。隨著太陽能、風能等可再生能源的快速發展，研發大規模儲能電池也已成為迫切需求。這樣鋰的需求量將大大增加，然而鋰的儲量是有限的，且分布不均，將鋰離子電池用于大規模儲能會是一個重要問題。我們迫切需要開發新型的長壽命儲能器件。由于鈉在地殼中儲量豐富，且分布廣泛;鈉具有和鋰相似的物理化學性質和儲存機制，因此發展針對于大規模儲能應用的室溫鈉離子電池技術具有重要的戰略意義。

　　最近，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)清潔能源重點實驗室胡勇勝研究員與合作者等開發出一種新型磷酸釩鈉Na3V2(PO4)3/C復合正極材料。作為鈉離子電池正極時，充放電平臺在3.4 V左右(如圖1所示)，其儲鈉平均電壓高于目前報道的大部分鈉離子電池正極材料。Na3V2(PO4)3/C復合材料的可逆容量達到100 mAh/g以上，接近其理論容量(117 mAh/g)，通過優化電解液組成，首周庫侖效率高達98%，首周后庫侖效率達到99.5%以上(如圖2所示)。原位XRD研究表明，該材料儲鈉機制為一典型的兩相【 Na3V2(PO4)3 和NaV2(PO4)3】反應(如圖3所示)，其充放電過程中體積形變較小，約為8.3%。具有NASICON結構的 Na3V2(PO4)3(其中2個Na占據晶格中18e位置，1個Na占據6b位置)材料結構穩定，Na+離子在脫嵌過程中，主體結構保持不變，循環穩定(如圖2所示)，適合作為長壽命室溫鈉離子儲能電池的正極材料，可以和硬碳等負極材料構建室溫鈉離子儲能電池(如圖4所示)，其理論能量密度達到180 Wh/kg(基于正負極質量計算)。

　　該工作發表在Advanced Energy Materials(封面文章), 2013, 3: 156-160以及Electrochemistry Communications, 2012, 14: 86-89上，已申請中國發明ZL。相關工作得到了Advances In Engineering網站的報道。

　　上述工作得到了科技部儲能材料“863”創新團隊、中國科學院知識創新工程能源項目群方向性項目、中國科學院百人計劃和國家自然科學基金委的大力支持。