易坊好文馆

  1. 首页 > 玩科技 >

材料|那些年 “钠”些事

全球 性能 我国 成本 电池 材料 研究 正极 储能 锂离子 正负极 胡勇胜


材料|那些年 “钠”些事
文章图片

中国锂离子电池奠基人陈立泉院士（左）向胡勇胜（中）讲解最新电池知识 。 （资料照片）
洁白的外衣、灵巧的身型 ， 前不久 ， 一批崭新的电动自行车低调亮相中科院物理所园区 ， 作为实验用车进行更为广泛的测试 。 这批外形闪亮的“小白”有颗特殊的“心脏”——钠离子电池 。
与锂离子电池工作原理基本相同 ， 钠离子电池是一种可充放电电池 ， 它依靠钠离子在正负极之间可逆脱出和嵌入实现能量存储与输出 。 听起来简单 ， 但将其中的关键技术一一攻克并非易事 ， 中国科学院物理研究所研究员、北京中科海钠科技有限责任公司创始人胡勇胜带领他的研究团队 ， 一干就是10年 。
“如果失败了呢？”
“从来没有想过这个问题 。 ”面对追问 ， 语速飞快的胡勇胜冲着经济日报采访人员腼腆一笑 。
如今回望 ， 那时胡勇胜的选择 ， 不可谓不冒险 。 2010年 ， 刚刚从海外学成归来的胡勇胜满怀热忱 ， 将研究目标对准了当时的“大冷门”——钠离子电池时 ， 质疑声纷至沓来 。 胡勇胜记得 ， 2013年 ， 一家全球知名的锂电池公司对其研究做了一次内部评估 ， 结论是：不看好 。
既然如此 ， 为何还要“明知山有虎 ， 偏向虎山行”？胡勇胜扶了扶眼镜 ， 回忆起当年挑战钠离子电池的初衷：在所有电池技术中 ， 锂离子电池的综合性能最优秀 ， 但锂资源储量有限 ， 我国80%锂资源依赖进口 。 如此一来 ， 锂离子电池很难同时满足我国大规模储能、电动交通工具以及消费电子的需求 。
与之形成鲜明对比的是 ， 钠资源储量丰富、分布广泛、成本低廉、环境友好 ， 而且钠离子电池生产还可兼容锂离子电池现有生产设备 。 “对国家能源安全而言 ， 我国的基本国情为钠离子电池中国产业化提供了发展土壤 。 ”胡勇胜说 。
理想很丰满 ， 现实很骨感 。 正极、负极、电解质 ， 作为组成电池的三大核心材料 ， 一直是学界、产业领域研发的重点 。 其中 ， 正极材料不仅决定着电池的性能和成本 ， 也是电池容量、电池能量密度能否进一步提高的关键 。
怎样才能找到既便宜、性能又好的正极材料？从名目繁多的化学元素周期表上筛选出有效活性元素 ， 就好像在没有提示的情况下走出迷宫 ， 问题与答案都不确定 ， 胡勇胜这一试就是3年 。 时过境迁 ， 胡勇胜已不记得当初究竟试验了多少种正极材料 。 他只记得一次偶然的机会 ， 忽然想到儿时老家收破烂的人常说的一个词“破铜烂铁” 。 “对呀 ， 铜！”一直为找不到正极材料苦闷的胡勇胜突然有种醍醐灌顶的感觉 。
的确 ， 与一些贵金属元素相比 ， 铜相对便宜 ， 其成本只有钴的四分之一、镍的二分之一 ， 但是它的“短板”也很明显——在锂电池中没有活性 。 那么 ， 对于钠离子电池 ， 铜会不会是个例外？又用了两年时间 ， 胡勇胜给出了答案：单纯的铜和钠不会产生活性反应 ， 但选用钠铜铁锰这4个化学元素以合理的比例合成正极材料 ， 不仅具有活性 ， 而且成本足够低廉 ， 这使得钠离子电池的成本优势更加突出 。
正极材料的研发暂告一段落 ， 负极材料的研发很快提上日程 。 经过不懈努力 ， 胡勇胜最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料 。
就这样一点点摸索着前进 ， 胡勇胜带领他的研究团队一路披荆斩棘 ， 陆续研发了低温/室温钠离子电池新型正极材料、电解质材料和负极材料 ， 为钠离子电池的实用化奠定了基础 。 基于具有完全自主知识产权的材料体系 ， 他们在全球首次实现了钠离子电池的量产 ， 每个月可以生产30万支电芯 ， 并推出了全球首辆钠离子电池低速电动车和全球首座100千瓦时钠离子电池储能电站 。 目前 ， 其研发的钠离子电池的能量密度已达120瓦时/千克 ， 是铅酸电池的3倍左右 。
“今后 ， 低成本钠离子电池有望在低速电动车、电动船、家庭储能、电网储能等领域获得应用 。 ”面向未来 ， 胡勇胜坦言 ， 尽管钠离子电池的综合性能现在已经向锂离子电池靠近 ， 在成本方面展现出显著的优势 ， 储存相同的能量 ， 成本比锂离子电池低30%左右 ， 但并非要取而代之 。
“我们希望它能够在未来成为锂离子电池的有益补充 ， 为我国能源安全和社会可持续发展提供保障 。 ”胡勇胜说 。
【材料|那些年 “钠”些事】本报采访人员 沈 慧

    推荐阅读


    上一篇：热点|“互联网+” 激发公共文化服务新热点

    下一篇：制造业|工业设计推动制造业变革