这项研究的意义不仅在于提升了钠离子电池的能量密度，还为其他具有类似化学性质的材料开发提供了新的可能性，有助于推动先进储能技术的发展。
因锂资源相对稀缺、价格昂贵、开采困难、环境影响大等，业界对锂离子电池未来可持续发展心存担忧，正努力寻求可行的替代方案。其中，钠离子电池是重要研发方向之一。
近日，休斯顿大学卡内帕研究实验室开发了一种新型钠离子电池材料，化学式为NaxV2(PO4)3，该材料显著提升了钠离子电池的能量密度，使其达到458 Wh/kg，较现有钠离子电池的396 Wh/kg提高了15%以上。这一突破使得钠离子电池的性能更接近锂离子电池，同时钠元素的价格仅为锂的1/50，并且可以从海水中提取，这为大规模储能提供了更可持续的选择。
相比较而言，钠离子电池与锂离子电池在成本、资源可用性和环境影响方面存在显著差异。其中，在原材料成本上，钠离子电池的原材料成本较低。钠在自然界中的分布非常广泛，资源丰富且价格低廉，而锂资源相对稀少且价格昂贵。比如，钠电池单位能量原料成本为0.29元/Wh，而锂电池为0.43元/Wh。
在环境影响上，与锂相比，钠的提取和加工对环境的影响较小。锂矿的开采和加工会对环境产生重大影响，包括用水和污染问题。尽管钠离子电池中使用的某些材料（如高性能阴极和阳极）可能面临可扩展性和资源可用性方面的挑战，但整体而言，钠离子电池的环境影响较小。
同时，锂电池的处理和回收具有挑战性，许多电池最终被送入垃圾填埋场，加剧了环境问题。相比之下，钠离子电池由于其较低的环境负担，可能更容易实现可持续的回收和处理方式。
不过，钠离子电池的产业链尚不完善，包括材料供应、生产设备和测试标准等方面。正负极材料和电解液的商业化生产尚未成熟，缺乏主流的碳源产品和钠盐的成熟商业产品。此外，钠离子电池在循环寿命和能量密度方面与锂离子电池存在差距。
休斯顿大学电气与计算机工程助理教授、卡内帕实验室首席研究员皮耶尔马努埃莱·卡内帕表示，“钠离子电池的生产成本可能更低、更容易，有助于减少对锂的依赖，并使电池技术在全球范围内更易获得。”
据悉，研究人员利用新型材料NaxV₂(PO₄)₃制造的电池原型展示了显著的储能性能提升。NaxV₂(PO₄)₃属于“钠超离子导体”（NaSICONs）系列，这种材料的设计允许钠离子在充放电过程中顺畅地进出电池结构，从而实现高效的能量存储与释放。
与现有材料不同，NaxV2 (PO4) 3 具有独特的钠离子处理方式，使其能够作为单相系统运行，即在释放或吸收钠离子时保持稳定。这使得 NaSICON 在充电和放电过程中保持稳定，同时提供 3.7 伏的连续电压，高于现有材料的 3.37 伏。虽然电压差异看似微小，但这显著提高了电池的能量密度。
据介绍，该材料效率的关键在于钒，钒可以以多种稳定状态存在，从而能够储存和释放更多能量。
这项研究的意义不仅在于提升了钠离子电池的能量密度，还为其他具有类似化学性质的材料开发提供了新的可能性，有助于推动先进储能技术的发展。这也将对诸多领域产生影响，从更经济、更可持续的设备供电电池，到助力我们向更清洁的能源经济转型。
对此，卡内帕也表示，“我们的目标是为能量储存找到清洁、可持续的解决方案。这种材料表明，钠离子电池可以在满足现代技术高能量需求的同时，兼顾成本效益和环境友好性。”
目前，该研究成果已发表在《自然・材料》期刊上。
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