在電池這個龐大的家族中，相比人們熟知的鋰離子電池、鉛酸電池，鈉離子電池等因儲能容量受限、循環次數較少因素未能成為市場的“寵兒”。不過，近日中國科學院物理所研究員胡勇勝帶領團隊成功利用無煙煤制作出鈉離子電池負極，為其進一步市場化應用提供了可能。

無煙煤為鈉離子提供存儲空間

研究發現，鋰離子電池有強大的應用領域，更多是緣于石墨屬于高度有序的碳材料，它有低而平穩的充放電電位平臺，具有充放電容量大且效率高、循環性能好的優點。但石墨卻并不適用于鈉離子，因為鈉離子只有在無序的硬碳材料中才能“大展身手”。不過，從成本角度出發，硬碳遠遠高于石墨。于是，經過幾番試驗，胡勇勝發現，通過裂解無煙煤可以得到一種軟碳材料，可以將其作為鈉離子電池負極材料。

在經過對銅鐵錳基氧化物材料的試驗后，胡勇勝發現，在層狀材料中加入銅，可以提高材料的導電性，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中相對穩定，“這對電池應用來說非常重要，因為材料吸水會遇到一系列的問題，會增加材料成本”。胡勇勝說，最終銅鐵錳成為鈉離子電池正極材料的理想選擇。

“相中”低速電動車市場

雖然鈉離子電池距離批量生產、應用尚需時日，但胡勇勝已經瞄準低速電動車市場。“目前，我國絕大多數電動自行車、電動三輪車甚至老年代步車的電池使用的均為鉛酸電池。”胡勇勝說，雖然鉛酸電池在價格上有優勢，但更高比能量的電池是大勢所趨。

“由于環保壓力及技術升級，鉛酸電池的成本勢必會增加，已經有不少生產鉛酸電池的主流企業，開始涉足生產鋰離子電池。”胡勇勝提到。但地球上鋰資源的儲量有限，鋰的應用領域卻非常廣闊，除了電池行業，陶瓷、玻璃、潤滑劑、制冷液、等行業都對鋰有需求。胡勇勝認為，鈉離子電池的出現有望在一定程度上緩解因鋰資源短缺引發的發展受限問題，是鋰離子電池有益的補充。

胡勇勝的團隊經過測試發現：若以銅鐵錳基氧化物為正極，無煙煤基軟碳為負極，鈉離子電池的能量密度達到100Wh/kg。雖然看起來尚不如鋰離子電池，但已是鉛酸電池的兩倍多。同時，實驗室Ah級電池的充放電循環數已達500次以上，優于鉛酸電池，能量轉換效率高達90%，低溫性能良好(-20℃放電容量是室溫放電容量的86%)，并通過了一系列針刺、擠壓、短路、過充、過放等適于鋰離子電池的安全試驗。而且其材料成本卻比鋰離子電池低40%左右。“也就是說如果建立了鉛酸電池的回收制度，鈉離子電池規模化生產后，其成本將接近鉛酸電池。”