中國(guó)粉體網(wǎng)訊  隨著全球環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，開(kāi)發(fā)具有環(huán)�？沙掷m(xù)且高能量密度的能源逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，金屬-空氣電池憑借其高的能量密度作為能源存儲(chǔ)器件已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。最重要的是，此類(lèi)電池的反應(yīng)物為空氣中的氧氣，并不需要輔助設(shè)備對(duì)其儲(chǔ)存，使得無(wú)論在質(zhì)量和體積方面均優(yōu)于其他二次電池。考慮到金屬鋰資源的短缺和金屬鈉與鋰具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，用金屬鈉取代金屬鋰成為電池研究的熱點(diǎn)，鈉-空氣電池作為未來(lái)的儲(chǔ)能器件也引起了廣大研究者的興趣。

金屬空氣電池是以金屬為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，空氣或者氧氣在陰極發(fā)生還原反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)電流輸出的二次電池�？諝怆姵刈畲蟮膬�(yōu)勢(shì)就在于正極活性物質(zhì)為空氣中的氧氣，取之不盡用之不竭，且不需要儲(chǔ)存在電池的內(nèi)部，因而具有非常高的能量密度。鈉-空氣電池以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，使得電池具有極高的理論比能量，是未來(lái)有望作為動(dòng)力電池的高比能量電池技術(shù)之一，也被認(rèn)為是最有希望替代鋰離子電池的二次電池之一。

鈉−空氣電池具有以下三個(gè)較為明顯的優(yōu)勢(shì)：

(1)按照汽油的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于交通運(yùn)輸及電網(wǎng)儲(chǔ)能，商業(yè)化的電池能量密度要求大約在1700Wh/kg，鈉−空氣電池能夠達(dá)到1600Wh/kg，能量密度較高；

(2)充電電壓低，大大提高了電池的能量效率。其次，在非水系鈉−空氣電池中通常采用有機(jī)電解液作為電解質(zhì)，較低的充電電壓可以避免有機(jī)電解液因電化學(xué)窗口窄而分解的問(wèn)題，減少了副反應(yīng)的發(fā)生；

(3)資源豐富，價(jià)格低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。

鈉−空氣電池所存在的問(wèn)題有：

（1）針對(duì)非水系鈉−空氣電池反應(yīng)機(jī)理尚不明確，存在爭(zhēng)議。

（2）針對(duì)非水系鈉−空氣電池中，大多使用有機(jī)溶液作為電解質(zhì)，有機(jī)電解液不穩(wěn)定且存在燃燒及泄露的問(wèn)題，安全性能較差。其次，不溶于有機(jī)電解液的放電產(chǎn)物過(guò)氧化鈉或超氧化鈉會(huì)造成氣體通道堵塞，影響電池壽命；

（3）針對(duì)水系(混合系)鈉−空氣電池，大多以氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)，氫氧化鈉電解液揮發(fā)嚴(yán)重，電池壽命短。其次，是否存在析氫反應(yīng)等副反應(yīng)的發(fā)生還需進(jìn)一步證實(shí)；

（4）不論水系還是非水系(混合系)鈉−空氣電池都存在鈉枝晶，鈉枝晶的生長(zhǎng)會(huì)刺破隔膜，造成電池短路甚至爆炸，目前還沒(méi)有很好的解決方法；

（5）水系和非水系(混合系)鈉−空氣電池的工作條件通常會(huì)受到限制，鈉對(duì)水分十分敏感，水分與陽(yáng)極金屬鈉接觸會(huì)造成電池短路，進(jìn)入陰極電解液會(huì)使電解液濃度發(fā)生變化或與放電產(chǎn)物發(fā)生副反應(yīng)。二氧化碳易與放電產(chǎn)物反應(yīng)生成不溶性產(chǎn)物碳酸鈉，碳酸鈉不導(dǎo)電且可逆性差，會(huì)堵塞氣體通道。

目前，鈉-空氣電池正面臨正極充放電可逆性差、氧還原/析出反應(yīng)催化活性低、負(fù)極鈉枝晶形成等諸多問(wèn)題，影響了電池的實(shí)際應(yīng)用。而深入探討這些問(wèn)題，依賴于對(duì)電池充放電機(jī)理及界面問(wèn)題更深層次的理解。基于此，中國(guó)粉體網(wǎng)旗下粉體公開(kāi)課平臺(tái)將于2021年8月25日舉辦“2021首屆鈉離子電池技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)”，屆時(shí)來(lái)自燕山大學(xué)的唐永福教授將作《鈉-空氣電池充放電機(jī)理的原位電鏡研究》報(bào)告，本報(bào)告將介紹唐教授課題組基于原位電鏡技術(shù)，開(kāi)展了系列關(guān)于正極充電機(jī)理及負(fù)極枝晶生長(zhǎng)機(jī)制的研究，為鈉-空氣電池性能提升提供理論參考。

報(bào)告人介紹

唐永福，燕山大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。從事固態(tài)鋰電池等高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件的開(kāi)發(fā)及球差校正環(huán)境透射電鏡原位表征研究。近年來(lái)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲河北省“青年拔尖人才”、河北省“三三三”人才等榮譽(yù)；以第一/通訊作者在Nat. Nano technol., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Nano Lett., ACS Nano, ACS Energy Lett., Sci. Bull.等國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表論文50篇（影響因子大于10.0論文17篇）；論文他引2400余次，h因子為27；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)，已授權(quán)6項(xiàng)。

資料來(lái)源：

李娜，等. 一種無(wú)粘結(jié)劑的柔性正極材料用于可充電的鈉空氣電池

張三佩，等. 二次鈉-空氣電池的研究進(jìn)展

常世磊. 準(zhǔn)固態(tài)鈉−空氣/二氧化碳電池的電化學(xué)性能研究 

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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