德州大學研發(fā)錳基鈉離子電池 或?qū)⒔档碗妱榆囯姵爻杀?/p>

據(jù)外媒報道，鋰離子電池已成為市場中的主流電池產(chǎn)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(fā)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?qū)⒔档碗姵爻杀?，且生態(tài)環(huán)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(yè)的Kyeongjae Cho教授表示，電池成本是個亟待解決的實質(zhì)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(chǎn)量很可能難以為繼，無法滿足不斷增長的產(chǎn)品需求。據(jù)國際能源署(International Energy Agency)新近發(fā)布的報告顯示，截止至2020年，全球電動車數(shù)量或?qū)⑦_到900萬-2000萬輛;截止至2025年，全球電動車數(shù)量或?qū)⑦_到4000萬輛至7000萬輛，屆時電動車的實際數(shù)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(chǎn)資源有限，全球只有幾處有鋰礦。但鈉就不存在礦產(chǎn)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(zhì)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(shù)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(tài)表現(xiàn)得不太穩(wěn)定。”

根據(jù)Cho與他同事的設計，他們采用鈉取代了陽極內(nèi)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(fā)設計的鈉離子材料更為穩(wěn)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(yè)內(nèi)能采用這類新材料，并逐步實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。”

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(nèi)進行了大量的材料測試直至研發(fā)成功。