近日,我國(guó)科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心組織的“2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選正式啟動(dòng),由兩院院士、973計(jì)劃顧問(wèn)組和咨詢組專家、973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任等專家學(xué)者經(jīng)過(guò)初選和終選兩輪投票選出,旨在加強(qiáng)科學(xué)精神、科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法的普及,增進(jìn)全社會(huì)對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)研究工作的關(guān)注,促進(jìn)公眾更加理解、關(guān)心和支持科學(xué)技術(shù)發(fā)展。由中科海鈉創(chuàng)始人、中科院物理所胡勇勝研究員與合作者共同完成的關(guān)于鈉離子電池的研究成果成功入選30項(xiàng)候選成果,目前正在進(jìn)行下一階段評(píng)選中。

近年來(lái),隨著全球動(dòng)力和儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,二次電池這種能實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能高效轉(zhuǎn)化的新型儲(chǔ)能技術(shù),在新一輪能源變革中受到廣泛關(guān)注。其中,鋰離子電池作為電池領(lǐng)域的“絕對(duì)一哥”,雖然占據(jù)了半壁江山,但由于鋰資源的稀缺性、分布不均以(~70%在南美洲)及成本較高,產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨天花板,市場(chǎng)亟需新的動(dòng)力電池以滿足日漸增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)需求。

在此背景下,中科海鈉胡勇勝及其研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了與鋰離子電池性能相似的鈉離子電池上。鋰、鈉同為堿金屬元素,相似的外層電子結(jié)構(gòu)使得它們具有相近的電化學(xué)特性,同時(shí)鈉資源在地球上的儲(chǔ)量十分豐富且成本更低,這無(wú)疑讓鈉離子電池成為最具希望的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。

憑借此前長(zhǎng)達(dá)10年在鈉離子電池領(lǐng)域的研究積累,今年11月,由胡勇勝主導(dǎo)的鈉離子電池研究論文《Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries》在世界頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《Science》上正式發(fā)表,同時(shí),這也是《Science》創(chuàng)刊百余年來(lái)首次刊登鈉離子電池領(lǐng)域相關(guān)文章。

該研究是針對(duì)鈉離子電池層狀氧化物成相規(guī)律的理論研究。胡勇勝等通過(guò)引入“陽(yáng)離子勢(shì)(Φcation)”這一新物理量反映層狀氧化物中堿金屬層和過(guò)渡金屬層之間的相互作用,以指示八面體型(O3)和三棱柱型(P2)結(jié)構(gòu)之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,并繪制出能夠區(qū)分這兩種結(jié)構(gòu)的“相圖”,提出了預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)層狀氧化物材料的新方法,并在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了該方法的有效性,為低成本、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料的設(shè)計(jì)制備提供了理論指導(dǎo)。

業(yè)內(nèi)專家表示,該項(xiàng)研究揭示了長(zhǎng)期以來(lái)困擾鈉離子電池制備時(shí)關(guān)于層狀氧化物中O3與P2型結(jié)構(gòu)形成之謎,有助于在生產(chǎn)過(guò)程中提前預(yù)判材料構(gòu)型,并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)制備能精準(zhǔn)適配應(yīng)用場(chǎng)景的最優(yōu)的鈉離子電池材料,極大優(yōu)化了鈉離子電池制造流程,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。

目前,由胡勇勝研究員創(chuàng)立的中科海鈉科技有限責(zé)任公司已擁有數(shù)十項(xiàng)鈉離子電池材料組成、結(jié)構(gòu)、制造和應(yīng)用的核心專利,研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本鈉離子電池綜合性能處于國(guó)際領(lǐng)先水平:軟包電芯的能量密度達(dá)到145Wh/kg,2C倍率下循環(huán)壽命達(dá)到4500次,高低溫環(huán)境適應(yīng)性好,安全性能優(yōu)異,并在電動(dòng)自行車、低速電動(dòng)車、園區(qū)/景區(qū)觀光車、家庭儲(chǔ)能柜和儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了示范應(yīng)用。鈉離子電池作為變革性的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù),將在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)中國(guó)及碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)中發(fā)揮重要作用。

來(lái)源：http://science.china.com.cn/2021-01/18/content_41431323.htm

責(zé)任編輯：趙洋 校對(duì)：海洋