【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】水系鈉離子電池兼具鈉資源儲(chǔ)量豐富和水系電解液本質(zhì)安全的雙重優(yōu)勢(shì)，被視為一種理想的大規(guī)模靜態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)。此前，研究人員針對(duì)水系鈉離子電池體系做了一些探索。目前水系鈉離子電池主要受到水系電解液電壓窗口窄(小于2 V)的制約，進(jìn)而限制了水系鈉離子電池的輸出電壓、能量密度和循環(huán)壽命等關(guān)鍵電化學(xué)性能指標(biāo)提升，因此如何開(kāi)發(fā)出寬電壓窗口水系電解液是實(shí)現(xiàn)高性能的水系鈉離子電池關(guān)鍵核心技術(shù)。
 

　　鈉離子電池(Sodium-ion battery)，是一種二次電池(充電電池)，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，與鋰離子電池工作原理相似。其工作原理是在充放電過(guò)程中，Na+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫出：充電時(shí)，Na+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極；放電時(shí)則相反。新款18650鈉離子電池，借助了鈉離子轉(zhuǎn)移(而不是鋰離子)來(lái)存儲(chǔ)和釋放電能。
 

　　與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優(yōu)勢(shì)有：(1)鈉鹽原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；(2)由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液(同樣濃度電解液，鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20%左右)降低成本；(3)鈉離子不與鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，可以進(jìn)一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；(4)由于鈉離子電池?zé)o過(guò)放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢(shì)明顯，有望在大規(guī)模儲(chǔ)能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心清潔能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室E01組博士生蔣禮威在研究員胡勇勝、副研究員索鎏敏的指導(dǎo)下，通過(guò)將三氟甲基磺酸四乙基銨(TEAOTF)鹽和三氟甲基磺酸鈉(NaOTF)鹽共同溶于水中，設(shè)計(jì)了一種新型的含惰性陽(yáng)離子的超高鹽濃度Water-in-Salt電解液(9 m NaOTF + 22 m TEAOTF)。該電解液不僅能實(shí)現(xiàn)較寬的電壓窗口(~3.3 V)，而且還可以有效抑制電極材料在循環(huán)過(guò)程的溶解，而且由于TEA+陽(yáng)離子半徑較大(計(jì)算值為3.6埃)而不會(huì)嵌入正負(fù)極材料，避免了混合陽(yáng)離子電解液普遍存在的陽(yáng)離子共嵌入問(wèn)題。
 

　　此外，拉曼光譜和核磁共振譜表明該類(lèi)新型超高鹽濃度電解液中TEA+和OTF-陰陽(yáng)離子相互作用很弱，從而使得其即使是在31 m超高鹽濃度下也具有相對(duì)低的粘度和較高的電導(dǎo)率。
 

　　拉曼光譜(Raman spectra)，是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼(Raman)所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。核磁共振波譜法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR )NMR是研究原子核對(duì)射頻輻射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是對(duì)各種有機(jī)和無(wú)機(jī)物的成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析的有力的工具之一，有時(shí)亦可進(jìn)行定量分析。
 

　　分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步揭示了兩種溶液中陰陽(yáng)離子配位不同：Na+離子與OTF-中的一個(gè)氧原子配位，而TEA+離子則與OTF-中的兩個(gè)氧原子配位。采用該電解液組裝的Na1.88Mn(Fe(CN)6)0.97·1.35H2O(NaMnHCF)//NaTiOPO4全電池?zé)o論在低倍率(0.25C)還是高倍率條件下(1C)均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能(0.25C, 200周，90% 保持率；1C，800周，76% 保持率)。
 

　　資料來(lái)源：百科、物理研究所