【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】水系鈉離子電池兼具鈉資源儲量豐富和水系電解液本質(zhì)安全的雙重優(yōu)勢，被視為一種理想的大規(guī)模靜態(tài)儲能技術(shù)。此前，研究人員針對水系鈉離子電池體系做了一些探索。目前水系鈉離子電池主要受到水系電解液電壓窗口窄(小于2 V)的制約，進而限制了水系鈉離子電池的輸出電壓、能量密度和循環(huán)壽命等關(guān)鍵電化學性能指標提升，因此如何開發(fā)出寬電壓窗口水系電解液是實現(xiàn)高性能的水系鈉離子電池關(guān)鍵核心技術(shù)。
鈉離子電池(Sodium-ion battery)，是一種二次電池(充電電池)，主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作，與鋰離子電池工作原理相似。其工作原理是在充放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫出：充電時，Na+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極；放電時則相反。新款18650鈉離子電池，借助了鈉離子轉(zhuǎn)移(而不是鋰離子)來存儲和釋放電能。
與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優(yōu)勢有：(1)鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；(2)由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液(同樣濃度電解液，鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20%左右)降低成本；(3)鈉離子不與鋁形成合金，負極可采用鋁箔作為集流體，可以進一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；(4)由于鈉離子電池無過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢明顯，有望在大規(guī)模儲能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。
近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源重點實驗室E01組博士生蔣禮威在研究員胡勇勝、副研究員索鎏敏的指導(dǎo)下，通過將三氟甲基磺酸四乙基銨(TEAOTF)鹽和三氟甲基磺酸鈉(NaOTF)鹽共同溶于水中，設(shè)計了一種新型的含惰性陽離子的超高鹽濃度Water-in-Salt電解液(9 m NaOTF + 22 m TEAOTF)。該電解液不僅能實現(xiàn)較寬的電壓窗口(~3.3 V)，而且還可以有效抑制電極材料在循環(huán)過程的溶解，而且由于TEA+陽離子半徑較大(計算值為3.6埃)而不會嵌入正負極材料，避免了混合陽離子電解液普遍存在的陽離子共嵌入問題。
此外，拉曼光譜和核磁共振譜表明該類新型超高鹽濃度電解液中TEA+和OTF-陰陽離子相互作用很弱，從而使得其即使是在31 m超高鹽濃度下也具有相對低的粘度和較高的電導(dǎo)率。
拉曼光譜(Raman spectra)，是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學家C.V.拉曼(Raman)所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。核磁共振波譜法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR )NMR是研究原子核對射頻輻射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構(gòu)進行定性分析的有力的工具之一，有時亦可進行定量分析。
分子動力學模擬進一步揭示了兩種溶液中陰陽離子配位不同：Na+離子與OTF-中的一個氧原子配位，而TEA+離子則與OTF-中的兩個氧原子配位。采用該電解液組裝的Na1.88Mn(Fe(CN)6)0.97·1.35H2O(NaMnHCF)//NaTiOPO4全電池無論在低倍率(0.25C)還是高倍率條件下(1C)均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能(0.25C, 200周，90% 保持率；1C，800周，76% 保持率)。
資料來源：百科、物理研究所
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