2015年6月3日，由國(guó)家能源局指導(dǎo)，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）與杜塞爾多夫展覽（上海）有限公司共同主辦的“儲(chǔ)能國(guó)際峰會(huì)2015”在北京召開。在儲(chǔ)能技術(shù)分論壇上，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝發(fā)表主題演講，以下為演講內(nèi)容。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員 胡勇勝：
很高興能借此機(jī)會(huì)向大家介紹一下我們?cè)阝c離子電池方面的相關(guān)研究。二次電池的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是電動(dòng)汽車，對(duì)于鋰離子電池能不能應(yīng)用在大規(guī)模儲(chǔ)能中，國(guó)際上還有一些爭(zhēng)議。
對(duì)于儲(chǔ)能電池來說，與動(dòng)力電池相比有自身的特點(diǎn)，也就是更關(guān)注循環(huán)壽命和低成本，對(duì)能量密度的追求不是特別苛刻。從資源角度來講，鋰不是非常豐富的元素，因此讓鋰離子電池同時(shí)做電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能，對(duì)原材料的壓力會(huì)非常大，因此就需要尋找新的體系，鈉是一種比較好的選擇。鈉與鋰是同一族元素，具有相似的物理化學(xué)性能。
除了資源豐富外，鈉有自身的特點(diǎn)，首先鈉的原子量比較重，鈉離子電池不論是重量還是體積能量密度，都比鋰離子電池低。鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相同。從20世紀(jì)80年代開始，已經(jīng)有人開始鈉離子電池方面的研究，90年代鋰離子電池商業(yè)化成功后，很多研究轉(zhuǎn)向了鋰離子電池。現(xiàn)在，由于大規(guī)模儲(chǔ)能的驅(qū)動(dòng)，大家有重新開始研究鈉離子電池。
2011年5月，我們研究所開始了鈉離子電池的相關(guān)研究，包括正極和負(fù)極材料。下面主要介紹一下氧化物正極材料。
鈷酸鋰和三元材料都屬于高材料體系，鈉離子電池半徑比較大，有兩種結(jié)構(gòu)，其中一種是根據(jù)鈉的環(huán)境以八面體形式存在。另外，鈉材料的循環(huán)性非常好。
在實(shí)際的電池應(yīng)用中，含鈉和含鋰是不一樣的，因?yàn)殁c會(huì)吸水。我們通過設(shè)計(jì)加速老化實(shí)驗(yàn)，將材料老化后直接扔進(jìn)水里，發(fā)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)也會(huì)老化。另外，含鈉的氧化物材料都含有鎳，鋰離子電池用的材料都是含鎳材料，在成本上沒有任何優(yōu)勢(shì)。
在研究過程中，我們一直在尋找新的氧化物來代替鎳和鈷，比如鐵、錳等材料，但是通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力比較差，然后我們對(duì)含銅氧化物做了探索。我們基于銅的電堆設(shè)計(jì)了新材料，將銅含量控制在1/3，用部分鐵取代銅，提高鈉含量，得到在空氣中穩(wěn)定的PR材料。從材料看，所有元素都是無毒的，而且成本低廉。氧化銅的成本一頓大約4.2萬元，如果使用銅、鐵、錳，成本優(yōu)勢(shì)非常明顯。
我們通過對(duì)鈉離子電池進(jìn)行全面組裝，得到了工作電壓3.5伏，能量轉(zhuǎn)換效率約為85%。而后我們繼續(xù)改進(jìn)材料，組件了鈉離子全電池，將能量轉(zhuǎn)換效率提升到90%。目前我們正在做軟膜電池，正在進(jìn)行相關(guān)的性能評(píng)價(jià)。
在電池中加入銅，可以提高材料的電磁，另外含銅系列的化合物不怕水，在空氣中非常穩(wěn)定，這對(duì)電池應(yīng)用來說非常重要，因?yàn)椴牧衔畷?huì)遇到一系列的問題，會(huì)增加規(guī)模化生產(chǎn)成本。
最后總結(jié)一下，鈉離子電池面向的應(yīng)用領(lǐng)域是大規(guī)模儲(chǔ)能，目前很多鈉離子材料在空氣中不是很穩(wěn)定，我們的研究就是未來發(fā)現(xiàn)新的氧化物、構(gòu)建新型氧化物。感謝大家！
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