钜大LARGE | 点击量：1592次 | 2021年04月06日
介绍石墨烯的助攻——钠离子电池技术重大突破
近日，中美科学家联手研发了一种具有新型结构的硫化锑基负极材料，这种新材料可以使硫化锑基钠离子电池循环次数从不到500个提升至900，且存储容量达现有锂离子电池负极材料容量的1.5倍。
科学家认为，虽然现在锂离子电池已经渗入到了我们生活中的方方面面，但是该类电池在存储容量、使用寿命、安全性能和成本方面都有所不足。而钠离子电池因为钠资源丰富所以成本会很低，且它的电压平台较高，这极大的提高了电池的安全性能。
其实早在上世纪80年代，就已经有科学家在进行钠离子电池的研发了，但一直找不到理想的钠离子电极材料，致使电池的使用寿命极短，因此至今也没能投入量产。
此次研发的新型钠离子电池，在工作原理上与锂离子电池类似，都是利用离子在正负极之间的嵌脱实现充放电。先将商业硫化锑与氧化石墨烯于硫化钠溶液后混合，再通过控制结晶和烧结制备改性石墨烯与纳米硫化锑的复合材料。经过测试，该硫化锑基负极材料和钠片组装成半电池后，经过快速充放电（实间约为40分钟）900个循环后，容量保持率高达83%，几乎与现在的锂离子电池持平。
研究人员表示，改性后的石墨烯能够有效的提高硫化锑和相关放电产物的的稳定性能，能更加有效稳定材料的结构和防止活性物质从石墨烯上脱落。与传统锂离子电池摇椅式的工作原理不同，该类电池在充放电过程中，锂离子和钠离子分别仅在电池的一极与电解液之间移动。得益于这种独特的工作原理，该类电池不但能储存电能，而且还具有分离金属离子的功能。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
化学电池是指通过电化学反应，把正极、负极活性物质的化学能，转化为电能的一类装置。在现代社会中，化学电池和我们的日常生活息息相关，无时无刻不在为我们的生活服务。
化学电池品种繁多，大到需一座建筑才能容下，小到以毫米计算。按电池是否可反复循环使用，化学电池可分为一次电池和二次电池。
一次电池俗称用完即弃电池，即电池电量耗尽时，无法再充电使用，只能丢弃。生活中常用的5号锌锰干电池就是一次电池。二次电池又称可充电电池，即电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。目前市场上重要的二次电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。
以有机溶剂为电解液的锂离子电池由于工作电压高、能量大和循环寿命长的优点而被广泛应用于手机、电脑和相机等便携型电子产品中。
锂离子电池重要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。形象地说，锂离子电池就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子则在摇椅两端来回奔跑。
随着经济的发展、环境污染的日益加剧、不可再生的能源资源不断消耗，人类社会迫切要提高能源的利用效率，开拓新能源和可再生能源，而这些均离不开电化学储能电池。
传统的以有机溶剂为电解液的锂离子电池虽然具有能量密度高的优势，但存在安全性较低和成本较高的问题。与之相比，水系离子电池具有价格低廉、无环境污染且安全性高等优点，在电网级别的大规模储能领域具有潜在的重要前景。
由于钠资源相对丰富，钠离子水系电池被认为是下一代水系二次电池的理想选择。目前，美国的aquionenergy和alveoenergy两家公司正在积极开发基于钠离子水系电池的储能系统，而我国在这方面研究不足。
我国科学院宁波材料技术与工程研究所研制的新型水系锂钠混合离子电池，可谓钠离子电池家族中增添的一支新军。
该类电池的一极采用选择性嵌入/脱嵌锂离子的化合物为活性材料，而另一极则选用选择性嵌入/脱嵌钠离子的化合物作为活性材料，同时以锂钠混合离子水溶液作为电解质。
与传统锂离子电池摇椅式的工作原理不同，该类电池在充放电过程中，锂离子和钠离子分别仅在电池的一极与电解液之间移动。得益于这种独特的工作原理，该类电池不但能储存电能，而且还具有分离金属离子的功能，可谓一举两用。
锂钠混合离子电池的美妙之处在于其双功能性。锂和钠在元素周期表中属同族元素，它俩化学性质相似，难以分离。
现有的分离技术多采用化学方法，要大量的na2co3、alcl3或锰氧化物等化学试剂，耗时、成本高和环境不友好。
采用锂钠混合离子电池技术即可在储存和释放电能的同时又分离锂、钠离子。这种分离技术与现有其他化学方法相比，更为高效和绿色，因而其在大规模分离海或卤水中的锂、钠元素方面具有重要应用前景。
电化学储能有望成为21世纪具有持续、爆炸式发展潜力的新兴产业。基于钠离子电池的储能技术很可能是未来最重要的储能技术之一。
锂离子电池的发展导致全世界对锂资源的需求日益新增。据统计，至2012年，世界上83%的锂是从海或卤水中提取的，因此发展新型有效的分离技术迫在眉睫。
