鈉離子電池研究成果入選2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展30項(xiàng)候選成果

近日，我國(guó)科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心組織的“2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選正式啟動(dòng)，由兩院院士、973計(jì)劃顧問組和咨詢組專家、973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任等專家學(xué)者經(jīng)過初選和終選兩輪投票選出，旨在加強(qiáng)科學(xué)精神、科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法的普及，增進(jìn)全社會(huì)對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)研究工作的關(guān)注，促進(jìn)公眾更加理解、關(guān)心和支持科學(xué)技術(shù)發(fā)展。由中科海鈉創(chuàng)始人、中科院物理所胡勇勝研究員與合作者共同完成的關(guān)于鈉離子電池的研究成果成功入選30項(xiàng)候選成果，目前正在進(jìn)行下一階段評(píng)選中。

近年來，隨著全球動(dòng)力和儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，二次電池這種能實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能高效轉(zhuǎn)化的新型儲(chǔ)能技術(shù)，在新一輪能源變革中受到廣泛關(guān)注。其中，鋰離子電池作為電池領(lǐng)域的“絕對(duì)一哥”，雖然占據(jù)了半壁江山，但由于鋰資源的稀缺性、分布不均以（~70%在南美洲）及成本較高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨天花板，市場(chǎng)亟需新的動(dòng)力電池以滿足日漸增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)需求。

在此背景下，中科海鈉胡勇勝及其研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了與鋰離子電池性能相似的鈉離子電池上。鋰、鈉同為堿金屬元素，相似的外層電子結(jié)構(gòu)使得它們具有相近的電化學(xué)特性，同時(shí)鈉資源在地球上的儲(chǔ)量十分豐富且成本更低，這無疑讓鈉離子電池成為最具希望的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。

憑借此前長(zhǎng)達(dá)10年在鈉離子電池領(lǐng)域的研究積累，今年11月，由胡勇勝主導(dǎo)的鈉離子電池研究論文《Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries》在世界頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《Science》上正式發(fā)表，同時(shí)，這也是《Science》創(chuàng)刊百余年來首次刊登鈉離子電池領(lǐng)域相關(guān)文章。

該研究是針對(duì)鈉離子電池層狀氧化物成相規(guī)律的理論研究。胡勇勝等通過引入“陽(yáng)離子勢(shì)（）”這一新物理量反映層狀氧化物中堿金屬層和過渡金屬層之間的相互作用，以指示八面體型（O3）和三棱柱型（P2）結(jié)構(gòu)之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并繪制出能夠區(qū)分這兩種結(jié)構(gòu)的“相圖”，提出了預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)層狀氧化物材料的新方法，并在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了該方法的有效性，為低成本、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料的設(shè)計(jì)制備提供了理論指導(dǎo)。

 業(yè)內(nèi)專家表示，該項(xiàng)研究揭示了長(zhǎng)期以來困擾鈉離子電池制備時(shí)關(guān)于層狀氧化物中O3與P2型結(jié)構(gòu)形成之謎，有助于在生產(chǎn)過程中提前預(yù)判材料構(gòu)型，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)制備能精準(zhǔn)適配應(yīng)用場(chǎng)景的最優(yōu)的鈉離子電池材料，極大優(yōu)化了鈉離子電池制造流程，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

目前，由胡勇勝研究員創(chuàng)立的中科海鈉科技有限責(zé)任公司已擁有數(shù)十項(xiàng)鈉離子電池材料組成、結(jié)構(gòu)、制造和應(yīng)用的核心專利，研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本鈉離子電池綜合性能處于國(guó)際領(lǐng)先水平：軟包電芯的能量密度達(dá)到145Wh/kg，2C倍率下循環(huán)壽命達(dá)到4500次，高低溫環(huán)境適應(yīng)性好，安全性能優(yōu)異，并在電動(dòng)自行車、低速電動(dòng)車、園區(qū)/景區(qū)觀光車、家庭儲(chǔ)能柜和儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了示范應(yīng)用。鈉離子電池作為變革性的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，將在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)中國(guó)及碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)中發(fā)揮重要作用。

鈉離子電池潛在場(chǎng)景示范應(yīng)用