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記者12日從中科海鈉獲悉，中國(guó)科學(xué)家針對(duì)鈉離子電池進(jìn)行相關(guān)研究，并于近日在頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《Science》發(fā)表相關(guān)成果。該研究提出一種預(yù)測(cè)鈉離子層狀氧化物構(gòu)型的方法，并在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)其有效性，將為設(shè)計(jì)制備低成本、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料提供理論指導(dǎo)。

這篇論文是由中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員、中科海鈉創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)胡勇勝主導(dǎo)撰寫(xiě)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員陸雅翔、法國(guó)波爾多大學(xué)教授Claude Delmas、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)教授Marnix Wagemaker等參與研究。

胡勇勝介紹說(shuō)，隨著全球化學(xué)電池市場(chǎng)的快速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益重視，二次電池(又稱(chēng)可充電電池或蓄電池)這種能實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)化的新型儲(chǔ)能技術(shù)受到廣泛關(guān)注。鋰離子電池雖然已成為占據(jù)全球電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模市場(chǎng)份額的“絕對(duì)一哥”，但由于其資源的稀缺性和較高昂成本，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨“天花板”。資源儲(chǔ)量豐富、成本低廉的鈉離子電池便成為極佳補(bǔ)充。

“然而，鈉離子電池的性能卻受到可用電極材料的限制，尤其是以層狀氧化物材料為主的正極材料的限制。”他解釋說(shuō)，鈉離子層狀氧化物具有O和P兩種構(gòu)型，但目前的技術(shù)手段僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)合成出的材料進(jìn)行物理表征以確定具體構(gòu)型，無(wú)法直接預(yù)測(cè)材料的堆積結(jié)構(gòu)，這嚴(yán)重阻礙了層狀氧化物正極材料的性能設(shè)計(jì)和新型正極材料的發(fā)現(xiàn)。

胡勇勝說(shuō)，過(guò)去幾年里，中科院物理研究所和中科海鈉團(tuán)隊(duì)就鈉離子層狀氧化物兩種構(gòu)型形成的影響因素展開(kāi)了大量實(shí)驗(yàn)研究，并積極探索其在鈉離子電池應(yīng)用中的場(chǎng)景落地。其中在2016年，中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士戚興國(guó)創(chuàng)新性地引入等效半徑的概念來(lái)預(yù)測(cè)堆疊機(jī)構(gòu)。

此次，研究者們引入“陽(yáng)離子勢(shì)”來(lái)表示陽(yáng)離子電子密度及其極化率的程度，捕捉層狀材料的關(guān)鍵相互作用，使預(yù)測(cè)堆積結(jié)構(gòu)成為可能。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和制備具有改良性能的層狀電極材料，證明了堆疊結(jié)構(gòu)決定材料的特性，為堿金屬層狀氧化物的設(shè)計(jì)提供了有效解決方案。

“一般而言，O3相正極材料具有較高的初始Na含量，能夠脫出更多的鈉離子，具有較高的容量，適用于低速電動(dòng)車(chē)、大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域；P2相正極材料具有較大的Na層間距，能夠提升鈉離子的傳輸速率和保持層狀結(jié)構(gòu)的完整性，具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，在充電樁、調(diào)頻、數(shù)據(jù)中心等快充場(chǎng)景應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)。”胡勇勝說(shuō)。

他還表示，中科海鈉成立三年以來(lái)實(shí)現(xiàn)了鈉離子電池的大規(guī)模量產(chǎn)，月產(chǎn)能突破30萬(wàn)只，希望同更多行業(yè)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)展開(kāi)交流合作，推動(dòng)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

原標(biāo)題：中國(guó)科學(xué)家研究鈉離子電池論文獲《Science》在線(xiàn)發(fā)表