中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰離子電池不僅廣泛用于移動(dòng)電話(huà)、攝像機(jī)、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備,還是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的最佳選擇。隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的快速發(fā)展，研發(fā)大規(guī)模儲(chǔ)能電池也已成為迫切需求。這樣鋰的需求量將大大增加，然而鋰的儲(chǔ)量是有限的，且分布不均，將鋰離子電池用于大規(guī)模儲(chǔ)能會(huì)是一個(gè)重要問(wèn)題。我們迫切需要開(kāi)發(fā)新型的長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能器件。由于鈉在地殼中儲(chǔ)量豐富，且分布廣泛；鈉具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)和儲(chǔ)存機(jī)制，因此發(fā)展針對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的室溫鈉離子電池技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義。
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）清潔能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡勇勝研究員與合作者等開(kāi)發(fā)出一種新型磷酸釩鈉Na3V2(PO4)3/C復(fù)合正極材料。作為鈉離子電池正極時(shí)，充放電平臺(tái)在3.4 V左右（如圖1所示），其儲(chǔ)鈉平均電壓高于目前報(bào)道的大部分鈉離子電池正極材料。Na3V2(PO4)3/C復(fù)合材料的可逆容量達(dá)到100 mAh/g以上，接近其理論容量（117 mAh/g），通過(guò)優(yōu)化電解液組成，首周庫(kù)侖效率高達(dá)98%，首周后庫(kù)侖效率達(dá)到99.5%以上（如圖2所示）。原位XRD研究表明，該材料儲(chǔ)鈉機(jī)制為一典型的兩相【 Na3V2(PO4)3 和NaV2(PO4)3】反應(yīng)（如圖3所示），其充放電過(guò)程中體積形變較小，約為8.3%。具有NASICON結(jié)構(gòu)的 Na3V2(PO4)3（其中2個(gè)Na占據(jù)晶格中18e位置，1個(gè)Na占據(jù)6b位置）材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，Na+離子在脫嵌過(guò)程中，主體結(jié)構(gòu)保持不變，循環(huán)穩(wěn)定（如圖2所示），適合作為長(zhǎng)壽命室溫鈉離子儲(chǔ)能電池的正極材料，可以和硬碳等負(fù)極材料構(gòu)建室溫鈉離子儲(chǔ)能電池（如圖4所示），其理論能量密度達(dá)到180 Wh/kg（基于正負(fù)極質(zhì)量計(jì)算）。
該工作發(fā)表在Advanced Energy Materials（封面文章）, 2013, 3: 156-160以及Electrochemistry Communications, 2012, 14: 86-89上，已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利。相關(guān)工作得到了Advances In Engineering網(wǎng)站的報(bào)道。
上述工作得到了科技部?jī)?chǔ)能材料“863”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程能源項(xiàng)目群方向性項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持。
圖1 Na3V2(PO4)3 /C復(fù)合正極材料的典型充放電曲線(xiàn)
圖2 Na3V2(PO4)3 /C復(fù)合正極材料的循環(huán)性能及庫(kù)侖效率
圖3 Na3V2(PO4)3正極材料的儲(chǔ)鈉機(jī)制：典型兩相反應(yīng)
圖4 文章封面：基于Na3V2(PO4)3 /C復(fù)合正極材料和硬碳負(fù)極材料的室溫鈉離子儲(chǔ)能電池，用于可再生能源大規(guī)模儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)。
