鋰電世界  近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所設(shè)計出一種新型的水系鋰鈉混合離子電池，給鈉離子電池家族增添了一支新軍。該研究成果在線發(fā)表于英國《科學(xué)報告》。

    與傳統(tǒng)鋰離子電池“搖椅式”的工作原理不同，該類電池在充放電過程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極與電解液之間移動。得益于這種獨特的工作原理，該類電池不但能儲存電能，而且還具有分離金屬離子的功能。

    化學(xué)電池是指通過電化學(xué)反應(yīng)，把正極、負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)能，轉(zhuǎn)化為電能的一類裝置。在現(xiàn)代社會中，化學(xué)電池和我們的日常生活息息相關(guān)，無時無刻不在為我們的生活服務(wù)。

    化學(xué)電池品種繁多，大到需一座建筑才能容下，小到以毫米計算。按電池是否可反復(fù)循環(huán)使用，化學(xué)電池可分為一次電池和二次電池。

    一次電池俗稱“用完即棄”電池，即電池電量耗盡時，無法再充電使用，只能丟棄。生活中常用的5號鋅錳干電池就是一次電池。二次電池又稱可充電電池，即電池放電后可通過充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。目前市場上主要的二次電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。

    以有機溶劑為電解液的鋰離子電池由于工作電壓高、能量大和循環(huán)壽命長的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于手機、電腦和相機等便攜型電子產(chǎn)品中。

    鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。充電時，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極；放電時則相反。形象地說，鋰離子電池就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子則在搖椅兩端來回“奔跑”。

    隨著經(jīng)濟的發(fā)展、環(huán)境污染的日益加劇、不可再生的能源資源不斷消耗，人類社會迫切需要提高能源的利用效率，開拓新能源和可再生能源，而這些均離不開電化學(xué)儲能電池。

    傳統(tǒng)的以有機溶劑為電解液的鋰離子電池雖然具有能量密度高的優(yōu)勢，但存在安全性較低和成本較高的問題。與之相比，水系離子電池具有價格低廉、無環(huán)境污染且安全性高等優(yōu)點，在電網(wǎng)級別的大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有潛在的重要前景。

    由于鈉資源相對豐富，鈉離子水系電池被認(rèn)為是下一代水系二次電池的理想選擇。目前，美國的aquion energy和alveo energy兩家公司正在積極開發(fā)基于鈉離子水系電池的儲能系統(tǒng)，而中國在這方面研究不足。

    中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研制的新型水系鋰鈉混合離子電池，可謂鈉離子電池家族中增添的一支新軍。

    該類電池的一極采用選擇性嵌入/脫嵌鋰離子的化合物為活性材料，而另一極則選用選擇性嵌入/脫嵌鈉離子的化合物作為活性材料，同時以鋰鈉混合離子水溶液作為電解質(zhì)。

    與傳統(tǒng)鋰離子電池“搖椅式”的工作原理不同，該類電池在充放電過程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極與電解液之間移動。得益于這種獨特的工作原理，該類電池不但能儲存電能，而且還具有分離金屬離子的功能，可謂“一舉兩用”。

    鋰鈉混合離子電池的美妙之處在于其雙功能性。鋰和鈉在元素周期表中屬同族元素，它倆化學(xué)性質(zhì)相似，難以分離。

    現(xiàn)有的分離技術(shù)多采用化學(xué)方法，需要大量的na2co3、alcl3或錳氧化物等化學(xué)試劑，耗時、成本高和環(huán)境不友好。

    采用鋰鈉混合離子電池技術(shù)即可在儲存和釋放電能的同時又分離鋰、鈉離子。這種分離技術(shù)與現(xiàn)有其他化學(xué)方法相比，更為高效和綠色，因而其在大規(guī)模分離?；螓u水中的鋰、鈉元素方面具有重要應(yīng)用前景。

    電化學(xué)儲能有望成為21世紀(jì)具有持續(xù)、爆炸式發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)?；阝c離子電池的儲能技術(shù)很可能是未來最重要的儲能技術(shù)之一。

    鋰離子電池的發(fā)展導(dǎo)致全世界對鋰資源的需求日益增加。據(jù)統(tǒng)計，至2012年，世界上83%的鋰是從?；螓u水中提取的，因此發(fā)展新型有效的分離技術(shù)迫在眉睫。

    現(xiàn)在，“一舉兩用”電池的出現(xiàn)，既為電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展提供了新思路，又為鋰鈉分離技術(shù)的發(fā)展提供了新契機。