水系鈉離子電池研發(fā)現(xiàn)狀 水系鈉離子電池行業(yè)應(yīng)用情況分析

• 2022年2月4日 ZhouXun來源：互聯(lián)網(wǎng) 1213 79
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在科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心近期組織的“2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選中，鈉離子電池研究入選30項(xiàng)候選成果。作為新能源的一顆新星，鈉離子電池正在產(chǎn)業(yè)化的道路上加速向前，或成為我國引領(lǐng)新一輪能源革命的機(jī)會(huì)。

在科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心近期組織的“2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選中，鈉離子電池研究入選30項(xiàng)候選成果。作為新能源的一顆新星，鈉離子電池正在產(chǎn)業(yè)化的道路上加速向前，或成為我國引領(lǐng)新一輪能源革命的機(jī)會(huì)。

水系鈉離子電池研發(fā)現(xiàn)狀分析

相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機(jī)系離子電池以離子在正負(fù)極的嵌入脫出和在兩極間擴(kuò)散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長的特點(diǎn)。在性能上可以滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而，由于其大量使用易燃的有機(jī)電解質(zhì)，在生產(chǎn)和使用過程中會(huì)造成爆燃事故，有安全性問題缺陷。而水系離子電池由于采用中性的鹽水溶液作為電解質(zhì)，既避免了有機(jī)電解質(zhì)的易燃問題，又克服了傳統(tǒng)水系電池的高污染，壽命短(如鉛酸電池)和價(jià)格昂貴(鎳氫電池)的缺點(diǎn)，是能夠滿足大型儲(chǔ)能技術(shù)要求的理想體系之一。因此，近年來，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來越受到關(guān)注。

但是，地球上的鋰資源實(shí)際上是難以支撐大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用需求的。于是，與鋰的化學(xué)性能類似的鈉被認(rèn)為能夠替代鋰適用于水系離子電池體系。鈉是地球上儲(chǔ)量最豐富的資源之一，可以說是用之不竭。價(jià)格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的適合大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點(diǎn)。

水系鈉離子電池行業(yè)應(yīng)用情況分析

材料是決定電池性能的關(guān)鍵一環(huán)，當(dāng)前，制約水系鈉離子發(fā)展的瓶頸正是由于缺乏高性能的新型電極材料。由于正極材料占電池成本的40%左右且也是決定電池的電壓和容量的重要因素，所以開發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正極材料是我們的重要方向。

水系鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，主要由正負(fù)極材料、電解液和集流體構(gòu)成的。正負(fù)極都是采用嵌鈉化合物，基本反應(yīng)原理如圖所示，充電時(shí)，在電池內(nèi)部，鈉離子從正極富鈉晶格中脫出來后通過電解液擴(kuò)散嵌入負(fù)極晶格中，放電過程與之相反，鈉離子又回到正極，電子在電池外部從外電路以相同的方向流過以確保整個(gè)系統(tǒng)的電荷平衡。

實(shí)際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時(shí)起步，早在20世紀(jì)80年代，人們就開展了有機(jī)系鈉離子電池正負(fù)極材料的研究。但是與有機(jī)系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機(jī)系鋰離子電池中的正負(fù)極材料體系不能簡單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負(fù)極間離子嵌入/脫出反應(yīng)的“搖椅式”機(jī)理作為充放電反應(yīng)機(jī)理，可是因?yàn)殁c的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。

而且，負(fù)極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。直到近年，在容量利用率和循環(huán)壽命方面基本滿足要求的有機(jī)系鈉離子電池用負(fù)極材料才被開發(fā)出來。

雖然水系鈉離子電池技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，但它仍然為大規(guī)模儲(chǔ)能提供了一種安全、廉價(jià)、清潔和耐久的新體系?，F(xiàn)在，越來越多的新材料，新構(gòu)思和新技術(shù)被應(yīng)用到水系鈉離子電池體系的開發(fā)中，其綜合性能也在不斷提升。相信隨著研究與開發(fā)的不斷深入，在不久的將來一定能夠?qū)崿F(xiàn)其在儲(chǔ)能上的大規(guī)模應(yīng)用，從而推動(dòng)以智能電網(wǎng)和可再生能源并網(wǎng)為代表的清潔能源的應(yīng)用。

了解更多行業(yè)詳情，可以點(diǎn)擊查閱中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的《2022-2027年中國水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展分析與投資預(yù)測(cè)報(bào)告》。

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  2022-2027年中國水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展分析與投資預(yù)測(cè)報(bào)告

  相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機(jī)系離子電池以離子在正負(fù)極的嵌入脫出和在兩極間擴(kuò)散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長的特點(diǎn)。在性能上可以滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而...

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