鈉離子充電電池由中美學(xué)者合作開發(fā)

為將太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)，管理人員需要就近在太陽能和風(fēng)能發(fā)電廠安裝可大量儲(chǔ)存電能的電池。

常見的用于電子消費(fèi)品和電動(dòng)汽車上的鋰離子充電電池具有良好的儲(chǔ)電能力，但是由于價(jià)格昂貴而無法大量生產(chǎn)和應(yīng)用。

鈉離子用于充電電池是另一個(gè)最好的選擇，不過目前鈉硫電池運(yùn)行溫度為300攝氏度，相當(dāng)于水沸點(diǎn)溫度的3倍，這使得鈉硫電池既不節(jié)能又不安全。而研究人員的目標(biāo)是要采用廉價(jià)的鈉同時(shí)使用鋰離子充電電池中的電極。

研究人員通過不斷的努力，開發(fā)出了能提高鈉離子充電電池電能和壽命的方法，從而有望讓鈉離子充電電池成為替代電網(wǎng)中用于大規(guī)模儲(chǔ)存電能的廉價(jià)的新途徑。

鋰充電電池中的電極由氧化錳材料制成，其材料中原子之間存在許多小孔和通道。當(dāng)電池在放電或充電時(shí)，鋰離子能夠在小孔和通道中穿行。

但是簡單地用鈉離子取代鋰離子則無法正常工作，因?yàn)殁c離子比鋰離子大70%，它們無法在氧化錳原子間的小孔和通道中自由穿行。

在尋求增大氧化錳材料中原子小孔和通道的途徑時(shí)，研究人員將注意力轉(zhuǎn)向了更小的物質(zhì)——具有獨(dú)特性能的納米材料。在研究探索中，研究人員將兩種不同種類的氧化錳原子基礎(chǔ)材料混合起來，一種的原子排列成金字塔狀，兩個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)的基底結(jié)合在一起后形同鉆石；另一種的原子排列為正八面體。他們期望混合材料最終能形成大的S形通道和更小的五邊形通道，以便讓鈉離子通過。

在對(duì)用混合氧化錳納米材料為電極的實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行的放電測試中，研究人員測量到的每克電極材料峰值電量為每小時(shí)128毫安，此結(jié)果超過了過去其他研究人員完成的實(shí)驗(yàn)。

在對(duì)實(shí)驗(yàn)電池以不同速度進(jìn)行充電的測試中，研究人員注意到充電速度越快，電池能保存的電力越少。這說明充電速度能夠影響電池的儲(chǔ)電能力。在快速充電時(shí)，鈉離子并不能以足夠快的速度進(jìn)入電極通道并將它們填滿。

為解決鈉離子移動(dòng)速度慢的問題，研究人員設(shè)想今后制作尺寸更小的納米導(dǎo)線來加速充放電過程。

電網(wǎng)中的電池需要快速充電，這樣它們才能夠盡可能地儲(chǔ)存從可再生能源那里獲得的電能。同時(shí)，它們也需要具有快速放電的能力，以便滿足電力消費(fèi)者在打開空調(diào)和電視甚至為電動(dòng)汽車充電時(shí)的需求。