新技术可大幅提升钠电池容量

2024-06-21
来源:参考消息网
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  参考消息网6月20日报道据《日本经济新闻》6月18日报道,日本的北海道大学和东北大学等开发出一项新技术,将成本低且安全性高的钠离子电池容量提高约五成,达到与当前主流锂离子电池相媲美的水平。钠离子电池用途可能进一步扩大,用于制造续航里程长的电动汽车和笔记本电脑等。研究团队的目标是,在本世纪20年代末实现实用化。

  电动汽车和智能手机等主要搭载的是锂离子电池,正极材料是稀有金属锂。锂的生产集中在智利和中国。由此带来的课题是,如何确保稳定供应以及如何应对价格大幅变动。

  钠离子电池使用的原材料是钠,而钠资源较为丰富。钠离子电池正极由从海水中提取的钠化合物制成,生产成本较低。负极材料则使用价格比铜低的铝。电池材料费可降低三四成。

  不过,钠离子电池可存储的能量低于同等重量的锂离子电池。钠离子电池能量密度为每千克约160瓦时,仅为锂离子电池的约六成。

  因此,已实用化的钠离子电池用途仅限于续航距离较短的电动汽车等。如果钠离子电池性能得到提高,则可用于续航距离较长的电动汽车以及笔记本电脑等。为了将其用途扩大至与锂离子电池不相上下的水平,各研究机构竞相推进研发。

  北海道大学副教授小林弘明等人努力对储存钠的正极进行改良。研究团队尝试使用铁氧化物,使钠存储量增至以往的5倍。

  研究人员试制出一次充放电后每分子可移动两个电子的电池样品,单位分子对应的移动电子数量为原来的两倍。可储存电量增加,钠离子电池正极性能达到锂离子电池的87%。

  小林认为:“钠离子电池性能可达锂离子电池的九成。”团队还将开发均匀制造含有大量钠的新正极技术,以提高耐久性,使充放电次数达到数百次以上。

  小林和东北大学教授本间格等人还推进改良负极,利用3D印刷技术制造出有很多小孔的碳材料。其厚度为100至300微米,充电时可容纳大量钠离子,单位面积容量提高4倍。据称,这可将能量密度提高五成,达到每千克240瓦时左右。

  2023年10月,日本政府启动国家项目,支持国内开发钠离子电池新技术。在科学技术振兴机构(JST)引领下,东京大学等共计17家研究机构开展合作,共同推进电池的试制和性能验证。其计划是在本世纪20年代末完成技术开发。

  日本工学院大学也参与了合作项目,其掌握着有发展前景的技术。由于电池能量密度与电压成正比,该大学副教授关志朗通过采用新开发的电解液提高电压。

  关志朗表示:“开发的电解液安全性高,可以将电池电压从原来的约3.5伏提高至约5伏。”如果将之用于钠离子电池,预计能量密度可达到每千克约230瓦时,与锂离子电池性能相当。

  研究钠离子电池的知名专家、东京理科大学教授驹场慎一在JST的项目中担任团队带头人。驹场表示:“钠离子电池耐低温和高温,在快速充电方面更具优势。”

  两种技术都颇有发展前景,但尚处于实验室水平,有必要扩大规模和提高耐久性等。要让钠离子电池成为蓄电池的主角,尚有诸多课题等待解决。