法国一支研究团队已经在可充电电池材料上取得了一项重大进步， 其储量比当前普遍采用的锂材料更加丰富、并且价格也更便宜。据外媒报道，“18650”锂电池被普遍用于笔记本、LED手电、以及特斯拉Model S汽车等设备上，但法国国家科学研究中心的研究人员们首次开发出了业界标准的18650规格的钠离子电池。

　　新款18650钠离子电池，借助了钠离子转移(而不是锂离子)来存储和释放电能。

　　固态化学家Jean-Marie Tarascon解释到：“今日披露的钠离子电池，受到了锂离子技术的直接启发”。

　　换言之，与锂离子电池中的锂离子一样，在充放电的过程中，钠离子也会通过液体，从一个电极转移到另一个电极。在电池的使用周期中，我们同样无需对材料加以修改。

　　研究人员正在接入测试一块钠离子电池。

　　研究人员目前将这种特定的材料定位商业机密，但原型电池的性能已经让人大开眼界。LITEN合作研究员Lo?c Simonin指出：“其能量密度可与磷酸铁锂等锂离子电池相匹敌”。

　　当前，锂离子电池在重量上比钠离子材料要轻，但钙元素的稀有性也是它最大的缺点。相比之下，钠元素非常丰富，其在地壳上的含量超过2.6%。

　　组装一块电池以测试钠离子电池材料(由于金属钠性质活泼，操作者做好了包括手套在内的‘全副武装’)。

　　该团队希望将不昂贵的钠离子电池，尽快推向欧洲市场的各个领域：

　　“采用18650这种规格，使得我们能够让概念迅速成真，并与市场上现有的同规格电池在性能上进行同向比较。当然，我们也会开发出其它的规格，以迎合新的需求”。

　　有机材料具有丰富的化学组成，氧化还原电位可调，可以实现多电子转移，而且原料来源丰富，成本低廉，材料可循环降解，对环境无害，作为钠离子电 池电极材料引起了大家的广泛关注。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)清洁能源实验室E01课题组博士生吴晓燕、胡勇胜研究员等 发现了一种新型钠离子电池有机负极材料——2,5苯醌-1,4二钠(Na2C6H2O4)(中国发明专利，申请号：2014102450296)，并研究 了电化学性能及其储钠机制。该材料的平均嵌钠电位为1.4V，首周可逆容量265mAh/g。由于嵌钠电位较高(>1.0V)，充放电过程中表面形 成SEI膜极少，获得了较高的首周库仑效率(92%)。但有机材料的电导率普遍偏低，他们利用该材料溶于水的特点，又发展了一种喷雾干燥方法，一步制备和 构建了具有离子电子混合导电网络结构的Na2C6H2O4/CNT复合材料，表现出良好的循环和倍率性能，在7C倍率下，可逆容量达到136mAh /g，1C倍率下30周循环后容量保持在195mAh/g。同时，这一方法可以推广到具有低电导率的水溶性或油溶性材料，实现与亲水性或亲油性的碳纳米管 的有效复合，低成本、一步实现具有高电导率的复合电极材料(请参考Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 13193-13197)。

　　进一步和A02组金士锋副研究员、陈小龙研究员合作，解析出Na2C6H2O4及其嵌钠态Na3C6H2O4和Na4C6H2O4的晶体结构， 发现它们的结构是由互相平行的有机苯环层和无机Na-O层交错堆叠而成的有机-无机层状结构。原位XRD结果显示，在前两周充放电中的结构变化为：首周放 电发生Na2→Na4的两相反应，首周充电中则依次发生Na4→Na3和Na3→Na2两个两相反应过程;在第二周的放电和充电过程中均出现中间相Na3 相。随着Na的嵌入，Na原子和羰基的配位情况发生了变化，Na3相的Na-O层相比于Na2相和Na4相发生了一定程度的扭曲，同时苯环与bc平面之间 的夹角减小，整个分子发生转动。结合第一性原理计算，E01组博士生章志珍等研究了Na2C6H2O4材料及其嵌钠态Na3C6H2O4和 Na4C6H2O4的电子结构及钠离子传输机制。发现电子在有机苯环层内传递和存储，苯环为氧化还原中心;而钠离子在无机Na-O层中扩散和存储，这个新 的机制类似于过渡金属层状氧化物材料。这对于设计新型的有机材料提供了理论指导。相关研究结果得到国际同行的高度认可，最近发表在Science子刊 Science Advances 2015, 1, e1500330。

　　上述工作得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、科技部863创新团队项目、基金委创新群体和中国科学院百人计划的大力支持。

　　有机负极材料2,5苯醌-1,4二钠(Na2C6H2O4)的化学结构式和电化学性能

　　Na2C6H2O4/CNT纳米多孔复合材料的倍率性能、循环性能及结构示意图

　　Na2C6H2O4前两周嵌钠过程的原位XRD图谱及反应路径示意图

　　Na2C6H2O4(A)、Na3C6H2O4(B)和Na4C6H2O4(C)的晶体结构

　　Na2C6H2O4(AD)、Na3C6H2O4(BE)和Na4C6H2O4(CF)的电荷密度图和电子态密度图

　　Na2C6H2O4(ABC)和Na4C6H2O4(DEF)中的钠离子扩散机理

　　Na2C6H2O4储钠机制与过渡金属层状氧化物对比

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