新材料推动钠离子电池逐步淘汰昂贵的锂

由于锂的价格比一年前高出五倍多，Skoltech和罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的研究人员开发了一种钠离子电池材料，可以替代日益昂贵的锂离子技术。这种新材料是一种具有特殊晶体结构的钠钒氟化物粉末。用于电池正极，它提供了创纪录的储能容量，消除了新兴钠离子技术的瓶颈之一。研究结果发表在NatureCommunications上。

锂离子电池无处不在：除其他外，它们为便携式电子产品和电动汽车提供动力，并存储风电场产生的能量以消除不规则的风模式。然而，仅仅依靠锂是有风险的，因为它的化学品越来越昂贵，它们的生产相当肮脏，而且矿床在世界各地分布不均。在元素周期表中下降了一步，更丰富的碱金属钠使其成为锂的可能替代品。

到目前为止，钠离子电池技术相对较新，虽然电池的基本结构相同，但主要部件必须使用不同的材料。其中，正极对电池特性至关重要。在他们最近的论文中，Skoltech和密歇根州立大学的研究人员提出了一种新的阴极材料，该材料可确保比当前的顶级竞争者高出10%–15%的电池能量密度。

“我们的新材料和该行业最近部署的材料都称为氟化磷酸钠钒——它们由相同元素的原子组成。它们的不同之处在于这些原子的排列方式以及它们所包含的比例化合物，”该研究的合著者、Skoltech的助理教授StanislavFedotov说。

“我们的材料也与用于阴极的层状材料相媲美：它提供大致相同的电池容量和更高的稳定性，这意味着电池的使用寿命更长，成本效率更高，”Fedotov继续说道。“值得注意的是，即使是对竞争材料的理论预测也达不到我们的实际性能，这远非微不足道，因为理论潜力从未完全实现。”

科学家们表示，一旦对钠离子电池的高效材料进行更多研究，它们很可能会取代重型电动汽车(如公共汽车和卡车)以及风能、太阳能发电场的固定储能中的锂离子蓄电池。和其他地方。

“更高的储能容量只是这种材料的优势之一。它还使阴极能够在较低的环境温度下运行，这对俄罗斯尤其重要，”费多托夫说。

Skoltech的研究实习生和该论文的主要作者SemyonShraer分享了这项研究背后的想法的起源：“事实上，电池界倾向于通过经验——通过反复试验——继续寻找新材料——或通过测试大量材料的高通量研究。我们以不同的方式处理它，并支持合理的固态化学设计。这意味着我们依靠硬科学，使用固态化学的基本定律和原理来获得材料具有所需的属性。”

“理论考虑使我们找到了一种可能提供高能量存储容量的材料的基本公式，”他继续说道。“然后我们需要确定哪种晶体结构可以释放这种潜力。我们选择的一种称为KTP型框架，它来自非线性光学——这在电池工程中并不常见。经过仔细思考和理论化，我们意识到“这种具有特定晶体结构的特定化合物应该起作用。然后我们设法通过低温离子交换合成了它。它就是这样，它的优越特性现在已通过实验得到证实。”