中国青年报客户端天津
4
月
16
日电
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中青报
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中青网记者胡春艳
通讯员
高兴斌
吴军辉
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钠离子电池被科学界普遍认为极具发展前景，然而，能量密度较低，循环寿命较短等问题，一直制约着钠离子电池的转化应用。日前，南开大学陈军院士团队经过十余年潜心研究，一举突破了钠离子电池关键电极材料和反应调控机制等关键核心难题，为发展高性能钠离子电池开辟了道路。
能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是国民经济、国家安全和实现可持续发展的重要基石。随着现代社会的不断发展和“碳达峰、碳中和”战略目标的提出，调整能源结构迫在眉睫，大力发展可再生能源是必然选择。
在开发利用可再生能源过程中，电化学储能技术发挥着越来越重要的作用。在众多的电化学储能技术中，锂离子电池已在便携式电子设备和新能源汽车中占据主导地位。
“然而，锂丰度低，资源分布不均匀，约70%集中在南美洲，我国80%的锂资源依赖进口，引发了人们对锂储量的普遍担忧。另外，锂离子电池的安全隐患也难以满足大规模储能的应用需求。”陈军说。
据介绍，钠与锂位于同一主族，具有很多相似的物理化学性质，且钠资源丰富、分布广泛、成本低廉，另外钠离子电池快速充放电时负极不易析钠，安全性高。钠离子电池工艺、技术各方面也与锂离子电池相近，可以借鉴使用。因此，钠离子电池被认为是极具潜力的下一代电化学储能技术，对大规模新能源与可再生能源的电化学储能具有重要意义。
“然而，由于钠离子半径大，储钠过程材料结构变化复杂，导致钠离子传输扩散速率慢，电极材料储钠活性位点及利用率不足，电极/电解质表界面稳定性差，这些问题造成钠离子电池能量密度、循环寿命与倍率性能欠佳。”陈军说。
针对上述科学难题，陈军院士团队提出了钠离子电池中关键电极材料的微纳结构结构设计原则以及电压/电解液协同诱导下电化学反应机制的调控方法，构筑了超高比能量锰基氧化物正极和超快钠离子输运能力的多孔微纳碳包覆聚阴离子型正极，高容量金属硫族化合物负极及原位预钠化快速可逆脱嵌钠硬碳负极，研获了基于无机-有机杂化钠盐的新型对称有机钠离子电池。这些创新工作为发展高性能钠离子电池提供了重要理论基础和实验支撑，促使钠离子电池储能上了一个新台阶。
日前，陈军院士领衔完成的“钠离子电池关键电极材料与反应机制”项目一举摘得2020年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学一等奖。
来源：中国青年报客户端