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目前，鋰離子電池在消費(fèi)電子、電動汽車和儲能領(lǐng)域都占有統(tǒng)治地位。但是，隨著儲能市場需求量的快速增長和產(chǎn)業(yè)鏈上游鈷、鋰等資源的緊缺，鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)正在加上成長，隨著多家初創(chuàng)公司商業(yè)化進(jìn)程的開展，鈉離子電池技術(shù)必將成為儲能領(lǐng)域發(fā)展的全新賽道。鈉離子電池是一種新型電池，與鋰離子電池工作原理相同。由于鈉離子電池具有成本低廉、安全性高、低溫和快充性能好等優(yōu)點，鈉離子電池是下一代規(guī)模儲能的理想選擇。

近日，國際儲能領(lǐng)域頂級期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）發(fā)表了華中科技大學(xué)韓建濤教授團(tuán)隊鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)新進(jìn)展，團(tuán)隊利用“自修復(fù)”方法合成具有高度有序、低缺陷鈉離子電池正極材料，研究成果題目：“Defect-free-induced Na+ disordering in electrode materials”. 如圖：鈉離子遷移路徑。
（a）水分子和缺陷阻塞下的鈉離子遷移路徑示意圖。
（b）低缺陷鈉離子遷移路徑示意圖。
（c）高有序、低缺陷條件下鈉離子高速遷移路徑示意圖。
韓建濤團(tuán)隊采用“自修復(fù)”方法制備具有高度有序、低缺陷鈉離子電池正極材料，該制備技術(shù)攻克了鈉離子電池諸多關(guān)鍵問題：
目前，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化面臨的主要挑戰(zhàn)是尋找比容量大、壽命長的新型正極材料。其中，普魯士藍(lán)衍生物具有較強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，開放的三維結(jié)構(gòu)和豐富的氧化還原位點，是鈉離子電池材料的重要研究方向。但是，普魯士藍(lán)低溫溶液的制備過程導(dǎo)致材料產(chǎn)生很多空位缺陷和異質(zhì)分子（如配位水），缺陷和異質(zhì)分子對電池性能有三方面的不利影響：（1）空位的增加會帶來更多的異質(zhì)分子，降低氧化還原位點，導(dǎo)致鈉離子嵌入位點減少，容量變差。（2）配位水分子會溶解在電解液中，造成有機(jī)溶解劣化，同時，結(jié)晶水可能會阻礙鈉離子向晶格中遷移。（3）在充放電過程中，隨機(jī)分布的空位破壞了晶體結(jié)構(gòu)，形成一個有缺陷的扭曲框架，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)崩潰而損失容量。

最近，團(tuán)隊利用自修復(fù)方法制備具有高度有序、低缺陷普魯士藍(lán)。通過鈉離子的無序化和準(zhǔn)零應(yīng)變非平衡兩相轉(zhuǎn)變機(jī)制，該正極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。研究團(tuán)隊結(jié)合中子粉末衍射(NPD)、對分布函數(shù)(PDF)和擴(kuò)展x射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)技術(shù)研究了PBAs準(zhǔn)固溶行為的本源和結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，特別是非均相分子特性?；诙嘌h(huán)原位x射線衍射(XRD)、熱力學(xué)分析和密度泛函理論(DFT)計算，進(jìn)一步研究了非均相分子的固化機(jī)理和影響。多重表征實驗和DFT計算結(jié)果表明，原子尺度上的局部結(jié)構(gòu)和載荷陽離子行為對晶體周圍環(huán)境和水分子含量高度敏感（如圖）。這些對開放拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和引發(fā)鈉離子遷移障礙至關(guān)重要。而團(tuán)隊制備的低缺陷材料具有陽離子無序位點和較大的框架，可以避免鈉離子嵌脫過程中的體積畸變。該研究為低成本、長壽命、高倍率的鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)提供了新制備方法，有望推動鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

鈉離子電池產(chǎn)業(yè)是解決我國鈷/鎳/鋰資源匱乏的主要途徑，在具備應(yīng)用前景。鈉離子電池作為一類重要的儲能電池，具有比能量高、安全性能好、價格低廉等優(yōu)點有望在儲能領(lǐng)域成為鋰離子電池的替代品，而為了適應(yīng)鈉離子電池的正極材料、負(fù)極材料、電解液甚至添加劑的種類和用量等都要做相應(yīng)的改變，因此仍有諸多問題亟待解決，實現(xiàn)大規(guī)模、高安全性、低成本、高能量、高功率密度和長壽命的目標(biāo)，方能實現(xiàn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

原標(biāo)題：儲能領(lǐng)域新賽道：鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)新進(jìn)展