国际团队开发钠离子电池新材料 将能量密度提高15%以上

锂离子电池广泛应用于电动汽车和智能手机等设备，但锂资源相对稀缺、成本高，而且难以获取。因此，研究人员致力于创造可行性替代品。据外媒报道，由跨学科研究人员组成的国际团队（包括休斯顿大学Canepa研究实验室）开发出新型钠离子电池材料，可以提高电池效率并增强能源性能，有助于实现更可持续、更经济的能源未来。

（图片来源：休斯顿大学）

这种新材料名为磷酸钒钠，其化学式为NaxV2(PO4)3，可将钠离子电池的能量密度（即每千克储存的能量）提高15%以上，从而提高电池性能。与以往钠离子电池（396 Wh/kg）相比，这种材料的能量密度高达458 Wh/kg，使钠技术更有望媲美锂离子电池。

休斯顿大学（UH）电气与计算机工程系助理教授、Canepa实验室首席研究员Pieremanuele Canepa表示：“钠比锂的成本低近50倍，甚至可以从海水中提取，由此成为大规模储能的更可持续选择。钠离子电池可能成本更低、更容易生产，这有助于减少对锂的依赖性，并使电池技术更容易在全球范围内普及。”

从理论到现实

Canepa实验室利用理论知识和计算方法来发现新材料和分子，以帮助推动清洁能源技术的发展。该实验室与法国研究人员合作开展该项目的实验工作，使得理论建模能够通过实验验证。

研究人员利用新材料NaxV2(PO4)3来制作电池原型，从而证明了储能性能明显提升。NaxV2(PO4)3属于“Na超离子导体（NaSICONs）”类材料，旨在让钠离子在充电和放电过程中顺利出入电池。与现有材料不同，它具有独特的钠处理方式，能够作为单相系统工作。这意味着它可以在释放或吸收钠离子时保持稳定状态。这使得NaSICON在充放电期间保持稳定，同时提供3.7伏的持续电压（相对于钠金属），超过现有材料中的3.37伏。

这种差异看起来很小，但可以明显提高电池的能量密度，也就是其重量能储存多少能量。其效率的关键在于钒，它可以存在于多个稳定状态，因此能够容纳和释放更多的能量。Canepa表示：“连续电压变化是一个关键特性。这意味着电池可以更高效地运行，而不会损害电极的稳定性。这对钠离子技术来说是一个颠覆性变化。”

实现可持续未来的潜力

这项研究的意义不仅限于钠离子电池。用于制造NaxV2(PO4)3的合成方法，也可以应用于具有类似化学性质的其他材料，从而为实现先进的储能技术开辟了新途径。这反过来又会影响各个方面，从更经济、更可持续的电池到为设备供电，帮助向更清洁的能源经济过渡。

Canepa表示：“我们的目标是找到清洁、可持续的储能解决方案。这种材料表明，钠离子电池可以满足当代技术的高能量需求，同时具有成本效益和环保性。”