中國粉體網(wǎng)訊 隨著全球環(huán)保意識的加強，開發(fā)具有環(huán)保可持續(xù)且高能量密度的能源逐漸成為人們關(guān)注的焦點。近年來，金屬-空氣電池憑借其高的能量密度作為能源存儲器件已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。最重要的是，此類電池的反應(yīng)物為空氣中的氧氣，并不需要輔助設(shè)備對其儲存，使得無論在質(zhì)量和體積方面均優(yōu)于其他二次電池�？紤]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，鈉-空氣電池作為未來的儲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)從而實現(xiàn)電流輸出的二次電池�？諝怆姵刈畲蟮膬�(yōu)勢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，是未來有望作為動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較為明顯的優(yōu)勢：
(1)按照汽油的標(biāo)準(zhǔn)，對于交通運輸及電網(wǎng)儲能，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電解液作為電解質(zhì)，較低的充電電壓可以避免有機電解液因電化學(xué)窗口窄而分解的問題，減少了副反應(yīng)的發(fā)生；
(3)資源豐富，價格低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。
鈉−空氣電池所存在的問題有：
（1）針對非水系鈉−空氣電池反應(yīng)機理尚不明確，存在爭議。
（2）針對非水系鈉−空氣電池中，大多使用有機溶液作為電解質(zhì)，有機電解液不穩(wěn)定且存在燃燒及泄露的問題，安全性能較差。其次，不溶于有機電解液的放電產(chǎn)物過氧化鈉或超氧化鈉會造成氣體通道堵塞，影響電池壽命；
（3）針對水系(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；
（4）不論水系還是非水系(混合系)鈉−空氣電池都存在鈉枝晶，鈉枝晶的生長會刺破隔膜，造成電池短路甚至爆炸，目前還沒有很好的解決方法；
（5）水系和非水系(混合系)鈉−空氣電池的工作條件通常會受到限制，鈉對水分十分敏感，水分與陽極金屬鈉接觸會造成電池短路，進(jìn)入陰極電解液會使電解液濃度發(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題，影響了電池的實際應(yīng)用。而深入探討這些問題，依賴于對電池充放電機理及界面問題更深層次的理解�；诖�，中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將于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”，屆時來自燕山大學(xué)的唐永福教授將作《鈉-空氣電池充放電機理的原位電鏡研究》報告，本報告將介紹唐教授課題組基于原位電鏡技術(shù)，開展了系列關(guān)于正極充電機理及負(fù)極枝晶生長機制的研究，為鈉-空氣電池性能提升提供理論參考。
報告人介紹
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)儲能器件的開發(fā)及球差校正環(huán)境透射電鏡原位表征研究。近年來，主持國家自然科學(xué)基金等科研項目10余項，獲河北省“青年拔尖人才”、河北省“三三三”人才等榮譽；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；申請國家發(fā)明專利10項，已授權(quán)6項。
資料來源：
李娜，等. 一種無粘結(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
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
