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。
充电前(左)的Na2C6O6纳米颗粒,在充分充电后可以结合大量的钠离子(右)
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。