據外媒報道,鋰離子電池已成為市場中的主流電池產品,許多智能手機、電動車輛紛紛采用該類電池。然而,美國德克薩斯大學達拉斯分校(University of Texas, Dallas)與韓國首爾國立大學(Seoul National University)共同研發出一款全新電池,其采用錳基鈉離子(manganese and sodium-ion-based material)材料。該材料或將降低電池成本,且生態環保性更佳,所制成的電池可供電動車使用。
德州大學達拉斯分校下屬的埃里克強森工程與計算機科學學院(Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science)材料科技與工程專業的Kyeongjae Cho教授表示,電池成本是個亟待解決的實質性問題。
隨著制造商、用戶對電動車需求的不斷提升,鋰電池產量很可能難以為繼,無法滿足不斷增長的產品需求。據國際能源署(International Energy Agency)新近發布的報告顯示,截止至2020年,全球電動車數量或將達到900萬-2000萬輛;截止至2025年,全球電動車數量或將達到4000萬輛至7000萬輛,屆時電動車的實際數量視相關國家政策而定。
若采用鈉材料,則有望減少電動車的電池成本,因為鈉的價格相對較便宜,且儲量富足,不過也同樣存在一些弊端。
Cho表示:“鋰的價格較為昂貴,礦產資源有限,全球只有幾處有鋰礦。但鈉就不存在礦產不足的問題,完全可以從海水中提取。遺憾的是,盡管鈉離子電池的價格比鋰離子電池便宜,但鈉的能量密度要比鋰低20%。”而電池的能量密度(或儲能能力,energy storage capacity)則直接決定了電動車等設備的運行時間。
電池通常由正極(陽極)及負極(陰極)和兩者間的電解質構成。在標準型鋰離子電池中,陽極由鋰、鈷(cobalt)、鎳及氧氣構成,而陰極則由石墨(碳的一種形式)構成。當電池充電時,鋰離子從陽極向陰極移動,并附著于碳上。當電池放電時,鋰離子重新回到陽極,為設備提供電能。
Cho表示:“早在數年前,就有望向鋰離子電池的陽極添加氧化錳材料,進而提升其電池的電量。遺憾的是,當初試驗時,電池的狀態表現得不太穩定。”
根據Cho與他同事的設計,他們采用鈉取代了陽極內占比最大的材料——鋰,并用錳取代價格更為昂貴、儲量更為稀缺的鈷和鎳。
Cho宣稱:“我們研發設計的鈉離子材料更為穩定,其電池容量可媲美鋰離子電池,我們認為該類電池具有可擴展性。為此,我們希望業內能采用這類新材料,并逐步實現商業化量產。”
基于對其他實驗材料的物理特性及化學特性的深入研究,該研究團隊采用了合理的原材料配比并攻克了上述技術難題。他們先采用了計算機模擬,進而測定了電池達到最佳性能時各原子的配置,然后在實驗室內進行了大量的材料測試直至研發成功。
責任編輯: 李穎