钠离子电池有望取代锂电池

　　钠与肌醇可以结合为Na2C6O6，这种化合物是一种非常理想的阴极材料，理论上可以一次携带4个钠离子，因此电池可以有着极高的容量——501mAH/g。

　　事实上，在鲍哲南团队之前，也曾有人尝试过使用Na2C6O6作为电极材料生产钠离子电池。然而，理论上最高4个钠离子的运送量在实际中其实很难达到，使得Na2C6O6电池的能量密度远低于预期。

　　此外，只要经过一次充放电循环，第二次循环的能量密度会进一步急剧下降，根本无法满足实际使用的需求。在实际使用场景中，电池应该在经过数百甚至上千次充放电循环后，依然保持较为充足的电量。

　　鲍哲南团队使用的新型钠离子电池阴极材料，右图中黄色为钠离子，"镶嵌"在红色和灰色标识的肌醇中。一个Na2C6O6一次最多可以携带4个钠离子，拥有极高的能量密度

　　MinahLee说：“本次研究中最大的障碍在于，这种化合物在以前的研究中只能储存少于两个单位的钠和电子，这不足以与锂离子电池阴极的能量密度竞争。但在这里，我们通过了解和解决氧化还原反应过程中相变动力学限制，让此化合物可以储存四个钠。”

　　此次研究中，斯坦福团队对Na2C6O6电池的机理进行了非常深入的探索。他们通过对原子层面的作用力进行细致的分析，成功揭示了这种材料实际电量低于理想电量的奥秘：原来，在钠离子与电极结合和脱嵌的过程中，只有当材料经历可逆的相变化时，才有可能让4个钠离子都参与反应。而在之前的研究中，材料未经特殊处理，只会经历不可逆的相变化，导致参与反应的钠离子数量达不到4个，因此低于理想能量密度。

　　在搞清楚原理之后，他们通过减小活性粒子的体积、选择合适的电解液，成功地将不可逆的过程转化为可逆过程，从而让Na2C6O6电池的可循环电池容量提高到了接近于理论上限的484mAH/g。而且，最大电池容量的下降速度也较原先显著降低，阴极能量转换效率更是达到了87%。

　　这是目前为止，钠离子电池阴极材料研究领域取得的最佳成绩，具有着重大的突破性意义。他们让钠离子电池第一次在实现了高能量密度的同时，基本实现了循环稳定性的目标。又由于使用了廉价的钠和肌醇，且能量密度显著高于锂电池，研究人员宣称，这一电池的成本有望控制在同等电量锂电池的80%不到，可谓是巨大的进步。

　　然而，这只是一个初步的研究成果，离实际应用依然有一定的距离。

　　首先，鲍哲南团队只是初步解决了阴极材料的循环寿命问题。在经过50次循环之后，Na2C6O6电极的容量已经下降了约10%。虽然相比于之前的研究而言，这已经是非常了不起的成绩了，但离实际使用中数百次循环的要求还有一段距离。

　　其次，他们还尚未对可以产业化的阳极材料进行研究。对于钠离子电池来说，阳极材料的研究同样困难重重。尽管研究团队信心十足，但由于钠离子比锂离子要大得多(直径比锂离子大了约50%)，所以无法被常用于制造锂离子电池阳极材料的石墨吸收。到目前为止，还没有效果足够好、价格也低廉(比如石墨)的阳极材料被研究出来。而这也会是团队未来的研究方向，MinahLee介绍到，此次研究显示，磷是一个很好的候选材料，但是大量生产仍有困难，所以他们也在努力探索如何以更简单的方式处理这种材料。

　　对于团队的下一步工作，MinahLee透露：“目前，我们的全电池能量密度受到阳极的限制(较高的工作电位)，因此我们正在努力制造更好的阳极。”

　　成本低于锂离子电池的钠离子电池将有望用于储存风电、太阳能等发出的不稳定的电力，从而让其摆脱“弃风”、“弃光”的束缚

　　总之，这是一个已经取得了重大突破、但离工业应用还比较遥远的技术。不过，任何技术在最早期的时候都是十分稚嫩的。同样是材料科学领域的创新，现在已经十分普及的硬盘，在最早取得技术突破、实现MB级别数据储存的时候，其总重约1吨。

　　但正是这个与便携沾不上一点边的“巨兽”，奠定了如今容量动辄数个TB(1TB=1024GB)、却只有口袋大小的移动硬盘的基础。很有可能，现在看上去依然初级的Na2C6O6材料，正是未来大规模电网级别电力储存技术具有奠基意义的先声。

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