登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
不管是新能源汽车,还是太阳能、风能等,在人们利用这些可再生能源的同时,拥有优异性能的可充电电池都会成为关注的焦点话题。与商业化的锂离子电池相比,钠基储能电池具有价格低廉和原料易得的显著优势,因此被期待成为下一代新型储能电池,在可再生能源储存中力挽狂澜,以实现绿色大规模的能量储存与转化。
近日,《细胞》子刊《化学》在线刊登了武汉大学化学与分子科学学院教授曹余良研究团队针对高能钠—金属电池的研究进展及发展前景的总结论述。“我们想为未来该领域的研究方向提供一定的思路,同时对于不同钠—金属电池的研究也能促进对其他电池体系的理解及研究。”曹余良说。
锂离子电池的“替补队员”
空调遥控器突然没电?用到一半的手电筒无法发光?望着手中这些用量迅速耗竭且无法重复利用的锌锰电池,曹余良索性将几节可充电电池装入槽内。作为一类重要的储能方式,可充电电池在日常生活中发挥着难以替代的作用。
锂离子电池就是其中之一。“当对电池进行充电时,锂离子从含锂化合物正极脱出,经过电解液迁移到负极。而负极的碳材料呈层状结构,到达负极的锂离子嵌入碳层中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。”曹余良告诉《中国科学报》,锂离子电池的比能量高和适用范围广,不仅在便携性电子设备领域占据巨大的市场并逐渐应用在电动汽车领域,在储能方面也极具“后劲”。
但凡事过犹不及,市场需求和成本的快速增长,以及锂资源的不均匀分布,这些也引发了人们对于锂离子电池应用与规模储能领域的担忧。
“例如,一辆电动汽车的动力就相当于几万个手机电池的串并联,这些会造成锂和相关材料的用量激增。倘若将其用于储能,会进一步加剧对锂资源的担忧,同时可能更加推高相关材料的价格,增加电力使用环节的负担。”曹余良介绍,在某种程度上发展高效可再生新能源的一个重要环节就是发展储能系统。是否可以发展一种锂离子电池的“替补队员”呢?为此,团队将目光转向了它的“兄弟”——钠。
“钠离子电池和锂离子电池的工作原理相似,而且钠在海洋中无处不在,储量是锂的几千倍,更容易廉价获得。”曹余良说。不过,由于钠具有更大的离子半径和更高的氧化还原电势,相比于锂离子电池,钠离子电池一般只有较低的能量密度,合适的正负极材料也仍在探索中,商业化应用并不成熟。
正负极材料为何“钠”么难
针对钠离子电池能量密度较低的困境,一类低价且高能量的新型钠—金属电池应运而生,当然这离不开各种新型正负极材料的开发和使用。
论文作者之一、武汉大学化学与分子科学学院博士王云晓介绍,这些电池体系中,钠金属被直接用作负极,可实现高达1160 mAh g-1的比容量和低至-2.714 V(相对于标准氢电极电势)的氧化还原电势。而丰富的O2、温室气体CO2、SO2以及单质S均可作为正极材料,从而构成各类钠—金属电池。
“理论上,这些电池体系分别以气态O2、CO2、SO2或固态S作为正极活性材料;但事实上,正极材料往往需要负载在多孔碳中才可以表现出较高的电化学活性,这些多孔碳基体并不直接参与电化学反应,而是作为电荷转移的介质和活性材料的载体。”王云晓说,正极材料和放电产物的低导电性是首当其冲的难题。“尽管构建高导电性的正极载体可以一定程度上缓解这一问题,但值得注意的是,不同的钠—金属电池可能需要不同的孔尺寸及形貌才能实现较好的电化学性能。”
另外,迟缓的反应动力学和较高的过电势也是一大挑战。不过,引入催化剂可能是一种行之有效的提高正极反应活性的方法。此外,降低催化剂尺寸至纳米颗粒、量子点甚至单原子级别可以得到最大化的催化活性中心。
王云晓告诉记者,不同的电池体系对应不同的催化需求。
例如,在Na-O2体系中,催化剂的选择可能取决于其对于O2/O2-的亲和性以及对电极界面O2-中间体的稳定作用,如贵金属和过渡金属氧化物等;在Na-CO2电池体系中,目前仅报道了一种双金属氧化物具有一定的催化作用,可有效促进稳定放电产物Na2CO3发生可逆电化学反应的催化剂仍在寻找中;在室温Na-S电池中,理想的催化剂应具有良好的亲硫性,这样不仅可以通过化学键合作用实现对多硫化物的固定作用,还可以促进不同硫物种之间转化的动力学过程。
“钠负极的钝化限制了电池的放电容量,同时充放电过程中的过电势降低了电池的库伦效率。在这一方面,我们仍需要更多的基础研究来揭示负极反应过程。另外,行之有效的抑制钠枝晶的形成以及保护高反应活性的钠金属电极的方法也仍待探究。”王云晓说,正极和钠负极的电解液相容性的全局考虑也至关重要。目前关于钠金属负极和不同正极之间的研究是相对独立进行的,而全电池的研究相对缺乏。
商业化前景尚不明朗
除此普遍的正负极材料问题,不同的钠—金属电池各自也存在不同的挑战,这为其商业化应用蒙上了一层阴影。
曹余良介绍,对于Na-O2电池,其反应机理尚不明确。为得到更低的过电势和更高的循环寿命,有效实现Na-O2为主要反应产物的方法仍待研究。此外,对于Na-CO2电池的研究也还十分有限,其较低的反应可逆性及较差的循环性仍亟待解决。“未来的研究可能集中在气态CO2正极的设计和高电压电解液的探索上。”
基于目前对Na-SO2电池的研究结果,曹余良表示,NaAlCl4·2SO2无机电解质的使用对于实现Na-SO2电池的长循环、稳定性和安全性至关重要。研究可替代不稳定的钠金属的负极材料、反应机制如充放电过程中较大的电压滞后以及充电过程中具体的反应路径、新的有机电解质体系,特别是凝胶和固态电解质的研究对Na-SO2电池的发展都是亟待解决的问题。
幸运的是,对于室温钠硫电池,电化学性能已取得突破性进展,然而其作用机制也尚不明确。“硫电极在不同电解液体系中的电化学行为研究十分匮乏,硫在醚类和碳酸酯类电解液中的表现也仍缺乏令人信服的解释。因此,探索反应过程中复杂的反应机理的原位检测技术十分必要。”他说。
曹余良认为,尽管钠—金属电池的商业化前景尚不明朗,但其高能量密度及低成本优势在钠离子电池家族中仍表现出较强的竞争力。未来团队将着力开展金属钠负极的保护和优化。对于正极材料,研究将重点放在空气和固态硫电极上,同时发展非燃电解液体系,提升金属钠电池的安全性能。
“我们希望能在钠空气和钠硫电池方向取得突破性进展,为新型储能电池的未来市场提供更多有利选择。”曹余良说。
相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.05.026
《中国科学报》 (2019-07-08 第7版 能源化工)
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星储能网讯,3月27日,在2024第二届中国储能大会上,武汉亿纬储能有限公司产品行销中心高级经理刘石磊带来《技术与质量并行引领储能良性发展》。刘石磊指出,由于产能过剩,碳酸锂的价格已经跌了超过80%,并影响了电芯以及系统整体的价格走势,所以整个储能产业链目前、以及未来短期内可能都会处于
多家央/国企纷纷加注投资储能产业,加快布局储能系统及电池的步伐。据相关统计,截至目前,包括中国南方电网、国家电投集团、三峡集团、中国电气集团、中国能建等在内,入局储能产业的央/国企已达百余家。有业内人士指出,“未来央/国企或者某些地方集团或将成为储能行业的主力”。也有声音认为,地方
近日,中建六局中标浙江湖州年产5GWH锌溴液流储能电池生产智造项目工程总承包,中标金额26.65亿元。该项目位于浙江省湖州市南浔区,总建筑面积约23.22万平方米,配套建设道路、给排水、绿化、供配电、消防等公用辅助工程,还包含约1500台(套)高精定制设备的安装工程。该项目建成启用后将新增5条1GWH
北极星储能网获悉,近日,内蒙古大学获批国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点项目.项目由校名誉校长、能源材料化学研究院院长赵东元院士作为负责人承担的国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点项目——“高性能水系电池的构建及其多孔材料关键制备技术”获科技部批准立项,项目
锂电池行业去库存以及价格战,将是一个非常长期的过程。据工信部的数据,自2022年我国锂电池行业总产值首次突破万亿元大关之后,2023年这一数据再创新高,超1.4万亿元。同时,2023年,锂电池行业产品价格出现明显下降,电芯价格降幅超过50%。产品价格下滑的同时,产能利用率也在下滑。以锂电池头部上市
北极星储能网获悉,据常德经开区消息,3月26日,常德昆宇新能源1.5GWh钠离子电池产线项目开工。常德昆宇新能源科技有限公司是一家专业从事锂电池生产及产品研发的大型储能企业,拥有行业最先进的全自动化磷酸铁锂电池生产线。目前,该公司一、二期项目2GWh生产线已竣工投产。此次开工建设的1.5GWh钠离
3月26日,2024中国国际清洁能源博览会(CEEC2024)在北京举行。楚能新能源携储能系列多款创新产品及解决方案亮相,业内首批实现量产的聚能π314Ah电芯、5MWh电池预制舱CORNEXM5广受国内外客户追捧,充分彰显了业务竞争力。楚能新能源致力于为行业用户提供全场景、高价值的储能技术及应用,展出自主研发
据彭博社报道,宁德时代董事长曾毓群本周一接受采访时透露,宁德时代确实有第二次上市的计划。事实上,去年年底彭博社便援引IFR报道称,宁德时代正在考虑赴香港上市,但宁德时代并未对此消息做出回应。此次曾毓群在采访中则是确认了这一消息。不过曾毓群还表示,虽然有相关计划,但其现金流稳健,意味
北极星储能网讯,3月25日,美国科学杂志《naturecommunications》发布一项液流电池最新研究。根据相关内容显示,实验中,电池在连续1000次充电循环中表现出显著的循环稳定性,同时保持其最大容量的98.7%。相比之下,先前类似铁基电池在更少的充电周期内,充电容量会下降两个数量级。
北极星储能网获悉,3月25日,福建省数据管理局发布关于印发2024年度省数字经济重点项目名单的通知。文件明确,遴选确定2024年度省数字经济重点项目108个、总投资1310亿元,年度计划投资272亿元。其中包括,漳州一道新能源电池片5G数字化生产项目(一期)、漳州高端电能变换装备产业园、漳州旗滨一窑多
北极星储能网讯,3月26日,德赛电池发布2023年年度报告。根据公告显示2023年,德赛电池实现合并营业收入202.85亿元,同比下降6.73%。主要产品实际销售情况如下:BMS(电源管理系统)及相关产品实现销售收入42.17亿元,PACK(封装集成)产品实现销售收入175.61亿元(相关数据包含向内部公司销售额)。
向净零世界转型是当今世界各国面临的最大挑战之一。已有70多个国家设定到2050年实现净零排放目标,其中一些国家设定时间甚至更早。化石燃料燃烧是温室气体排放的主要来源,因此用可再生能源取代化石燃料将有助于显著减少温室气体排放。最近在日本举行的七国(美国、英国、法国、德国、日本、意大利和加
据外媒报道,BASFStationaryEnergyStorage公司日前表示,将与韩国G-Philos公司开展合作,开发和销售基于钠硫电池(NAS)的储能系统。BASFStationaryEnergyStorage(BSES)公司是德国化工巨头巴斯夫公司的子公司,该公司日前宣布签署了钠硫电池的销售和营销协议,用于电转气(P2G)、电网和微电网应用。钠硫
室温钠硫电池以其高能量密度、资源丰富、价格低廉等优势有望在大规模储能、动力电池等领域实现广泛应用而备受青睐。其中,室温钠硫电池的放电最终产物硫化钠,可以作为正极材料,不仅理论比容量高(686mAh/g),且可以与非钠金属负极(如硬碳、锡金属)匹配从而避免直接使用钠金属负极带来的安全隐患等优点
近日,国家能源局综合司发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》提出,中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池及钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池;选用梯次利用动力电池时,应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。储能电站安全是储能产业的热门话题。其中
据外媒报道,德国化工厂商巴斯夫公司的子公司BASFNewBusiness公司使用NGK公司钠硫电池(NAS)部署并运营了一个长时储能系统,该公司正在寻求具有高增长机会的合作伙伴与其合作。
据外媒报道,NGKInsulators公司计划为日本宇航局(JAXA)的一个火箭和航天器发射场部署一个钠硫电池(NAS)储能系统,以确保其电力系统可靠运行。日本宇航局(JAXA)种子岛航天中心位于日本南部的一个小岛上,这个航天中心是日本最大火箭发射场,拥有组装和发射大型火箭的各个设施。NGK公司已与建筑商K
据外媒报道,澳大利亚伍伦贡大学(UniversityofWollongong)的研究人员制成了一种纳米材料,可充当室温钠硫电池的阴极,让钠硫电池应用于大规模储能。室温钠硫电池很适合用于新一代储能应用,而且新一代储能应用的需求也在日益增长。高能量密度、长循环寿命的室温钠硫电池,将为大规模固定储能系统提供
2019年1月26日,南瑞继保研制的低噪集装箱式储能系统在日本北九州市顺利通过验收并投入商业运行。该项目首次采用自主设计的低噪集装箱方案,验收测试结果表明,其噪声远低于日本客户要求的65dB。本文来源:NR龙湖学苑微信公众号本次投运的系统采用钠硫电池,实现用户侧负荷跟踪、削峰填谷等功能。该系
阿拉伯联合酋长国喜欢打破世界纪录。这个国家拥有世界上最高的建筑,最大的商场,最大的淡化水库,以及最大的太阳能农场之一,拥有石油资金,拥有充足的开放土地。它现在可以再添加一个记录:世界上最大的电池储能站。本文来源:英国早知道微信公众号本月早些时候,阿布扎比的能源部门启用了108MW/648M
近日,德国尼德萨克森混合动力储能电站正式并网,该厂将使用钠硫电池和锂离子电池组合来稳定电网。德国尼德萨克森的混合储能系统。图片来源:日立该项目使用日本碍子株式会(NGK)的4MW/20MWh钠硫电池以及7.5MW/2.5MWh的锂离子电池,共同维持电网平衡。NGK,日立化学和日立电力解决方案是该项目的电池控
北极星电池网获悉,3月26日,容百科技公告,公司近日与SKOn签署《合作备忘录》。双方将充分发挥各自优势,围绕三元和磷酸锰铁锂正极领域,开展全面深度的合作,包括但不限于技术合作、产品开发和产品销售等。容百科技表示,本次协议的签订,标志着国际头部客户对公司在三元和磷酸锰铁锂正极等产品开发
全球性的资源保护下钠电池及其他新的电池技术或将蹚出一条新路中国是锂电消费大国,相对来讲,中国本身是一个富锂大国,但中国的盐湖锂资源及其品位要弱于南美三国,大规模开采及产能提升的爬坡周期较长,难以实现经济且大规模开采,预计国内市场海外锂占比将长期维持在85%-90%之间。去年来虽然锂价“
北极星储能网获悉,美联新材3月21日在回复投资者提问时表示,目前,钠离子电池三种正极材料路线均有突破,但均仍处于产业化初期,多家厂商正积极加速钠电池相关产能的布局,相信随着钠电池技术的进一步提升,钠电池未来势必成为新能源领域的又一大热点。普鲁士蓝这个技术路线具有成本低(无贵金属材料
3月15日,天原股份在互动平台表示,公司磷酸铁锂正极材料目前处于加工性能验证阶段,昌能煤矿在建设过程中有工程煤产出,预计昌能煤矿于2024年6月底前建成进入试生产。
北极星储能网获悉,3月12日,浙江瓦司特钠科技有限公司钠离子正极材料项目签约落户望城经开区。此次签约的钠离子电池正极材料项目拟投资20亿元,建设年产5万吨钠离子电池正极材料生产线,全面投产后可实现年产值35亿元。项目计划分两期建设,其中一期5000吨正极材料生产线预计今年9月投产。
北极星储能网讯,近日,同兴环保发布《关于控股子公司竞拍取得土地使用权的公告》。根据公告显示,近日公司控股子公司马鞍山皓升新能源科技有限公司通过竞拍取得含山县自然资源和规划局以挂牌方式出让的编号含国土出字[2024]4号地块的国有建设用地使用权,该土地的取得将有利于加快启动同兴环保钠离子
北极星储能网获悉,3月6日,据LG化学官微消息,自2023年6月起,LG化学已经开始量产韩国首款高镍单晶正极材料,在量产初期将单晶正极材料和现有多晶正极材料以2:8的比例进行混合生产,再循序渐进地推进100%的单晶正极材料。适用产品也逐渐扩大至软包型、4680圆柱型电池(直径46mm,长度80mm)等。未来,
北极星电池网获悉,近日,深圳珈钠能源完成A轮数亿元融资。本轮融资由自贡高投领投、超威集团和苏州相城金控跟投,老股东顺为资本继续加注。本次融资将用于万吨正极材料产线投建、产品研发和市场拓展。
2024年开年,正极材料行业愈发处境艰难,企业面临着“生死”考验。(本文来自:高工锂电,ID:weixin-gg-lb)终端新能源车市场增速放缓、电芯价格跌下0.4元/Wh、电池制造极致降本等产业链连锁反应逐渐传导至正极材料端。三元材料方面,受到国内新能源车市场价格战、海外磷酸铁锂路线切换的影响,其市场
2月29日上午,甘肃金麟年产20万吨磷酸系锂离子电池正极材料生产线建设项目正式动工建设。该项目总投资30亿元,年度计划投资5亿元,建成后预计实现年销售收入106亿元、税收2.2亿元,将有力促进新区锂离子电池产业聚链发展。
北极星储能网讯,近日,龙蟠科技发布《关于与LGEnergySolution,Ltd.签署日常经营重大合同的公告》。根据公告显示,龙蟠科技控股子公司常州锂源新能源科技有限公司与LGEnergySolution,Ltd.签署了《长期供货协议》。协议约定,由常州锂源自2024年至2028年期间合计向LGES销售16万吨磷酸铁锂正极材料产品,
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!