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锰基正极材料使用可能让钠离子电池取代锂电池。

锂金属材料在地球上资源非常稀少,每年产量的锂金属矿产都非常紧缺,锂金属是电池生产重要的工业原料。随着新能源汽车的发展,对锂电池的需求快速增长,但锂金属矿又非常的稀缺,为了解决这些问题,研究人员通过研究发现在电池正极中加入锰金属材料可以让钠离子电池性能迅速提高,未来低成本钠离子电池有望取代锂离子电池。

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研究人员通过在水钠锰矿层状结构的基础上,成功制备出兼具大层间距与高钠离子含量的层状纳米正极材料。这种正极材料制成的电极比容量达到211.9毫安时每克,而目前市面上流通的锂电池正极材料比容量约为140毫安时每克。充放电过程中,这种正极材料结构稳定无相变,体积变化仅为2%,循环充放电1000次后,比容量保持率高达94.6%,而电池行业一般的比容量保持率标准约为80%。



在地球上钠资源非常丰富,开采钠金属材料的费用仅为锂金属材料的百分之一,因而钠离子电池的研发成为科研人员争相“开垦”的领域。而层状结构的锰酸钠正极材料具有理论容量高、价格低廉及来源广泛等优点,使之成为钠离子电池正极材料的热门研究对象。

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但由于锰酸钠正极材料的层间距狭窄,充放电过程中,半径较大的钠离子在层间迁移时,会“挤坏”正极材料的结构,成为制约钠离子电池研发的关键难点。除层间距外,影响钠离子电池性能的另一重要因素为层状结构中的钠离子含量。不少科研人员尝试通过各种方法制备出了不同层状结构的锰酸钠,但性能指标难以满足实际应用需求。



钠离子电池进一步研究,突破技术难题可以让钠离子电池迅速提高使用量,电池行业下游市场会越来越火爆,钠离子电池对金属材料研究使用更加深入,会有更多金属材料加入到钠离子电池的研发上。如果低成本钠离子电成功面向市场,未来钠离子电池有望取代锂离子电池。


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