事實上,國際上已經開展對于高比能室溫鈉硫電池的研究,但電池的循環穩定性較差,一直未取得突破。郭玉國指出:“隨著這幾年硫碳正極材料研發的進步,實現室溫下的高比能鈉硫電池的可能性也漸漸加大。”
在此背景之下,鑒于鋰硫電池與室溫鈉硫電池之間的相似性,郭玉國與研究團隊開創性地將小硫分子正極應用于鈉硫電池中,并配合鈉負極和碳酸酯電解液組裝出室溫下即可工作的原型電池。
由于該鏈狀小硫分子室溫下具有非常高的對鈉電化學活性,放電過程中可完全被還原為Na2S,從而使得其基于硫質量計算的正極首圈放電容量高達1610mAhg-1,是傳統高溫鈉硫電池中硫正極材料的理論容量的3倍。
而且,基于電極材料計算,該室溫鈉硫電池的首圈放電比能量可高達955Whkg-1,循環20圈后仍可穩定在750Whkg-1左右。此外,該室溫鈉硫電池還具有良好的倍率和循環性能。
“這種新型的高比能室溫鈉硫電池由于采用新的納米材料,加工成本明顯降低,電池回收也沒有太大問題。而且,由于脫胎自鋰硫電池,相關的工藝也已經較為成熟。”郭玉國說。
產業化意義重大
在沈宏文看來,郭玉國團隊所研發的新型鈉硫電池對于加快鈉硫電池產業化有重大意義,在核心技術層面的突破有望提升鈉硫電池的穩定性,安全性、使用效率、規模化生產都有望逐漸成為現實。
“這對于我國鈉硫電池研究有重大意義,未來科研機構會朝著這一方向不斷探索,以期能夠盡快攻克難關實現商業化運作。”沈宏文說。
顯然,沈宏文的判斷不無道理。郭玉國告訴記者,一些長期從事鋰硫電池的國外學者,在參加國際會議聽取了他的報告后,都對制備這種室溫高比能鈉硫電池產生了濃厚的興趣,“他們表示未來可能會往該領域努力”。
在實驗室取得決定性的成功后,研究團隊下一步計劃打算制造鈉硫軟包電池。郭玉國表示:“如果成功了就接近工業化的程度,不過加工工藝還是需要繼續摸索,相關的理論原理已經沒有問題,電池壽命將來應該能達到與鋰離子電池相當的充放電1000次左右。”
他認為,如果能夠借鑒鋰離子電池產業化的經驗,并且吸引足夠的企業參與研發,“也許能加快產業化的進程”。
但是,郭玉國強調,室溫高比能鈉硫電池畢竟只是在實驗室獲得成功,距離最終商業化仍然有較長的一段路要走,“商業化之路任重道遠,希望外界能理智客觀看待,不要出現盲目跟風炒作的現象”。
沈宏文也指出,鈉硫電池技術層面的突破并沒有產生實實在在的經濟效益,實驗室仍將是鈉硫電池技術攻關的主要動力。
名詞解釋
二次電池,又稱蓄電池、可充電電池,泛指所有在電量用完之后可以被再次充電、進而反復使用的化學電源的總稱。
盡管二次電池的種類繁多,但基本構成均類似,即所有電池均由正極、負極和電解液三部分構成。根據組成部分不同,目前已商品化和正處于實驗室研制階段的二次電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰二次電池(包括鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池和鋰聚合物電池等)、鈉二次電池(包括鈉離子電池、鈉硫電池等)和燃料電池等。
金屬二次電池具有很高的理論比能量,因而在電動汽車、智能電網和分布式儲能電站等新興儲能領域極具應用潛力。

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