新材料将钠离子电池能量密度提升至 458Wh/kg，逼近锂离子电池

IT之家 12 月 23 日消息，休斯顿大学卡内帕研究实验室领衔的国际研究团队近日开发出一种新型钠离子电池材料，可显著提高电池效率和能量性能，为构建更可持续、更经济的能源未来铺平道路。

据IT之家了解，长期以来，锂离子电池一直是智能手机、笔记本电脑乃至电动汽车等设备的首选技术。然而，由于锂资源相对稀缺、价格昂贵、开采困难等，人们对锂离子电池的未来日益担忧，全球科学家正致力于开发可行的替代方案。

这项新研究聚焦于一种化学式为 Na_xV₂ (PO₄) ₃ 的磷酸钒钠材料。研究表明，该材料可将钠离子电池的能量密度（单位重量储存的能量）提高 15% 以上。与现有钠离子电池的 396 瓦时 / 千克（Wh/kg）相比，采用新型材料的电池能量密度高达 458 Wh/kg，使其在性能上更接近锂离子电池。

“钠的价格仅为锂的约 1/ 50，甚至可以从海水中提取，这使其成为大规模储能更可持续的选择，”休斯顿大学电气与计算机工程助理教授、卡内帕实验室首席研究员皮耶尔马努埃莱・卡内帕表示，“钠离子电池的生产成本可能更低、更容易，有助于减少对锂的依赖，并使电池技术在全球范围内更易获得。”

研究人员使用新型材料 NaxV2 (PO4) 3 制造了电池原型，并展示了显著的储能性能提升。Na_xV₂ (PO₄) ₃ 属于“钠超离子导体”（NaSICONs）系列，其设计允许钠离子在充放电过程中顺畅地进出电池。

与现有材料不同，Na_xV₂ (PO₄) ₃ 具有独特的钠离子处理方式，使其能够作为单相系统运行，即在释放或吸收钠离子时保持稳定。这使得 NaSICON 在充电和放电过程中保持稳定，同时提供 3.7 伏的连续电压，高于现有材料的 3.37 伏。

虽然电压差异看似微小，但这显著提高了电池的能量密度。其效率的关键在于钒，钒可以以多种稳定状态存在，从而能够储存和释放更多能量。

这项研究的意义不仅限于钠离子电池。用于合成 NaxV2 (PO4) 3 的方法也可应用于其他具有类似化学性质的材料，为先进储能技术开辟新的可能性。这将对诸多领域产生影响，从更经济、更可持续的设备供电电池，到助力我们向更清洁的能源经济转型。

“我们的目标是为能量储存找到清洁、可持续的解决方案，”卡内帕说，“这种材料表明，钠离子电池可以在满足现代技术高能量需求的同时，兼顾成本效益和环境友好性。”

该研究成果已发表在《自然・材料》期刊上。

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