中國儲能網(wǎng)訊：最新研究表明，未來電池的充放電次數(shù)或?qū)⒃黾又辽僖槐丁?/span>
據(jù)外媒12月15日消息，澳大利亞阿德萊德大學（University of Adelaide）的研究人員
近日在硫電池技術(shù)方面取得重大進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》雜志上。
據(jù)該大學能源與催化材料中心主任喬世璋教授介紹，研究人員設計了一種全新的高效電極材料，來催化電池反應并提高金屬硫電池的耐用性。
他表示，金屬硫電池具有低成本和高能量密度的特點，是下一代儲能設備的主要選項之一。然而，該類電池的循環(huán)耐久性普遍較差，可以充電的次數(shù)有限。研究人員針對該問題進行了改進，他們所設計的新型硫金屬電池充放電次數(shù)可達10000次。
在相同重量的情況下，金屬硫電池存儲的能量可達目前一代鋰離子電池的2倍以上。其中，鈉硫電池的成本更是比鋰離子電池便宜數(shù)倍，使用的材料也具有環(huán)保性，未來可能成為電動汽車以及手機、筆記本電腦等電子產(chǎn)品供電的主流能源。
隨著能源轉(zhuǎn)型的加速，未來電池的需求量將不斷加大。該研究為新一代金屬硫電池的開發(fā)提供了新的可能性，有助于在確保能源安全可靠的同時，進一步降低能源成本。
“這些基礎研究進展將有助于提升高性能金屬硫電池的合理設計，并促進大規(guī)模儲能技術(shù)的發(fā)展。”喬世璋預計，“在研究成果的支持下，金屬硫電池有望在5-10年內(nèi)成為儲能行業(yè)的可行方法，無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟上來看?！?
金屬硫電池是一種以硫為正極、以金屬為負極的電池。而鈉硫電池（NaS）是金屬硫電池的一種，具有體積小、容量大、壽命長、效率高等特點。雖然目前的技術(shù)水平下，鈉硫電池能量密度只能達到150-240瓦時/千克，但理論上鈉硫電池能量密度最高可達760瓦時/千克。
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2021-2025年金屬硫電池行業(yè)深度市場調(diào)研及投資策略建議報告》顯示，由于金屬硫電池正極材料硫的理論比容量高，負極材料需要采用同樣高容量的金屬，主要有鋰、鈉、鋁、鎂等，電解液一般采用可良好溶解中間反應產(chǎn)物的醚類。
目前，學界對金屬硫化物電沉積和動力學機理的基本認識有限。硫陰極中的金屬硫化物電沉積緩解了多硫化物的穿梭效應，從而在二次金屬硫電池中實現(xiàn)高庫侖效率?；诖?，喬世璋教授研究團隊使用室溫鈉硫電池作為模型系統(tǒng)，提出了一種Mo5N6陰極材料，可以顯著催化硫化鈉（Na2S）電沉積，并提高鈉硫電池的性能。
Mo5N6、MoN和Mo2N的原子和電子結(jié)構(gòu)表征與喬世璋團隊從陰極材料著手的研究方向不同，美國的一支研究團隊通過調(diào)整電解液的組成改善了鈉硫電池的性能，能在歷經(jīng)300次充放電后保持性能穩(wěn)定。此前，美國科學家在《美國化學學會雜志》上發(fā)表論文稱，他們研制出了一種新式鈉硫電池。通過調(diào)整電解液的組成防止硫溶解，解決了鈉電池普遍面臨的穿梭和枝晶等問題，讓電池的壽命更長、安全性更高。
研究人員解釋稱，在以前的鈉硫電池電解液中，由硫形成的中間化合物會溶解在電解液中，并在電池內(nèi)的兩個電極之間穿梭，導致材料損失、部件退化和枝晶形成。而他們調(diào)配的新電解液采用惰性（不參與化學反應）溶劑稀釋濃鹽溶液，從而使電解液保持“半溶解”狀態(tài)。
該研究負責人、美國得克薩斯大學奧斯汀分校材料研究所所長阿魯姆甘·曼提拉姆教授說：“鈉和硫含量豐富，對環(huán)境無害，而且成本更低，鈉硫電池堪稱一種‘夢想電池’?！?
目前市面上主流的鋰離子電池正面臨原材料漲價、供應鏈不穩(wěn)定的瓶頸。其主要材料鋰和鈷不僅儲量短缺，而且開采過程會對環(huán)境產(chǎn)生一定的負面影響，包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而鈉硫電池的主要材料鈉和硫易得性更強，價格較低的同時也更環(huán)保。地球上鈉元素的含量是鋰元素的400多倍，且鈉離子可以從海洋中提取。如果未來鈉電池可以在一定程度上替代鋰電池，那么電動汽車及其他電子產(chǎn)品的價格都會顯著下降。
雖然鈉硫電池具有多方面的優(yōu)勢，但兩個明顯的缺陷阻礙了“夢想電池”走進現(xiàn)實。一方面，鈉硫電池的原材料易燃，存在安全隱患；另一方面，由于常溫下的硫?qū)щ娦暂^差，導致其對使用環(huán)境的溫度要求苛刻。正因如此，研究能在室溫下工作的鈉電池一直是研究人員努力的方向。
目前，鈉硫電池的應用主要集中在固定場景下的儲能領(lǐng)域，包括削峰填谷、應急電源、風力發(fā)電等，全球已有上百座鈉硫電池儲能電站在運行。
