钠离子电池：电动车的未来新趋势
2020-08-16T07:21:04.066Z
（德国之声中文网）电动汽车-尤其是使用可再生能源发电的电动车-被视为是有助全球气候保护的未来模式。但多年来车商在电池技术中采用的是稀有且相对昂贵的锂，拖慢了全球大规模普及电动车的步伐。
虽然电动车、商用车或电动自行车正如火如荼发展，但投入使用的范围有限。高昂的价格、繁琐的充电设施以及需要消耗大量原材料的电池生产过程，阻碍了电动车的快速发展。想要让电动车被广泛使用，车商必须推出更强力持久、更具可持续性以及价格低廉的电池。
钠取代锂
钠离子电池或许是一个可行方案，近期钠离子电池的研发也出现惊人进展。在可预见的未来中，钠离子电池将能取代锂电池被用于电动车、智能手机或笔记型电脑中。
锂和钠这两种碱金属拥有非常相似的化学特性。虽然与较为稀有的锂相比，钠的能量密度较低，但钠的取得更为容易，价格也会相对低廉。
有望取得突破
目前钠离子电池的性能仍比锂电池落后约20年。原因是研究人员在过去十多年间只专注于开发性能更强的锂。
但如今不仅出现了具有开创性的科学出版物，而且也有非常多极具前瞻性的原型：根据一份五月份发表的报告，一颗由韩国研发的钠离子电池在经过约500次完整充电循环后，其电池容量才下降至原先的80%。由一个美中研究小组开发的另一种电池，在相同的电池容量下约能完成450次充电。而一个中国制作的钠离子电池虽然容量较小，但在经过1200次12分钟快充后，还有70%的电池容量。
听上去或许不多，但实际使用时这些电池或许能承受更高的充电次数，因为日常生活中一般不会将电池耗尽后才充电。在实验中进行完全放电和充电，对电池的损耗更大。
此外，钠离子技术不需使用紧缺资源：制作阴极无需稀有的锂盐，只要食用盐便足够。高性能的阳极可以使用褐煤、木材和其他生物质制成。在生产过程中也不需要钴或类似的稀有物质。
突破性的基础研究？
钠具有两项缺点：其重量比锂高三倍，所以尽管锂电池的锂含量占电池总重不到5%，一个钠离子的电池仍会比锂电池更重。
此外，钠电池的性能较弱。由于钠离子的载电量比锂电池少0.3伏，无可避免地会损失约10%的能量密度。最重要的是，目前电池的石墨阳极无法让足够的钠驻留。
根据德国德累斯顿的亥姆霍兹科研中心（HZDR）领导的德俄工作小组所发表的报告，纳米碳有助于改善此问题。报告指出，采用超薄碳材料双层石墨烯，可以在阳极中储存比石墨更多的钠离子。
如果未来能置换现今常用的石墨阳极，将石墨烯电极装设在锂电池中，或有望能显著提升电池容量。
HZDR的物理学家克拉申宁科夫表示："这就如同将小球放在两张纸之间。不断在纸张间添加小球，纸张会被越推越开，两张纸之间的缝隙会随之增加。"
相通的技术？
若多层结构的锂电池可行，是否也适用于其他碱金属如钠？一组来自德勒斯顿、斯图加特和莫斯科的工作小组希望利用复杂的超级电脑模拟找出答案。因为迄今的钠离子电池原型的运作并不顺畅，原因是钠只能勉强进入石墨阳极。
电脑计算结果显示，钠就如同锂一般，可以以多层结构被嵌入石墨烯层之间。
若将来以石墨烯电极替代如今的石墨阳极安装在钠离子电池中，或许能实现更高的储存容量。
上述研究结果或许能为开发价格低廉的钠电池提供突破口。克拉申宁科夫表示："我们的工作是纯理论性的，我们不主张根据这个研究结果在可预见的未来中开发新一代的电池。但或许我们的研究能给工程师提供有趣的新思路。"
未来电池
令人欣喜的是，钠离子电池已不再只是一个理论概念。相关技术的突破似乎已近在眼前。
最新的研究结果表明，目前已经有切实可行、价格合理而且节省资源的替代品可以取代昂贵的锂电池，甚至可能通过多层结构提高其性能。
距离钠离子电池技术的完备、进行量产并用于电动车或手机上，肯定还需要一段时间。但一旦时机成熟，由于技术相对类似，将生产线从锂电池转为钠离子电池基本上应该没有太大问题。
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