鋰快不夠用了？別怕！我們還能用鈉離子電池“續命”_風聞
剑啸易水寒-深知身在情长在，前尘不共彩云飞。2018-09-07 20:22
某果手機、某米手環、某斯拉電動汽車、某森吸塵器……眼看着，我們的精緻生活越來越離不開這些電子產品。
我們的精緻生活，從根本上離不開能源，而能源離不開鋰離子電池，也離不開儲能。
然而，我們目前卻面臨着一個殘酷的現實：
鋰快不夠用了！
根據美國地理最新的調查統計數據，地殼中大概只有0.0065%的鋰，全球鋰資源約為3950萬噸，而具備商業開採價值的鋰儲備量則僅為1351.9萬噸。
按目前的鋰消耗速度超過300年才能用完，但如果需求爆炸性成長，在一年用80萬噸的情況下，電子產品不到17年就會血槽空空。
於是在這個“鋰電狂歡”的時代，我們卻要思考如何給電子產品“續命”這個問題……
天文學家説：走，到宇宙中去尋找鋰！
好消息是，今年8月，中科院國家天文台的科研人員依託郭守敬望遠鏡發現了鋰元素丰度最高的恆星，約是同類天體的3000倍。
好像這個鋰資源不足的問題就迎刃而解了吧！？
然而，這顆恆星距離地球4500光年。遠水不解近渴大概説的就是這種情況的吧……
化學家説：我最新的論文有解決辦法，瞭解下？
Cell Press旗下能源旗艦期刊Joule（中文譯名：《焦耳》）近日發表了一項中國科學家完成的工作。
在元素週期表裏，鋰和鈉都是鹼金屬，有許多相似的性質可以利用。
例如，鋰原子和鈉原子的最外層電子都很容易失去，也容易得到。以電子得失的方式來釋放和儲存能量，化學家基於這個的科學原理來製作了鋰電池。
（圖片來源：網絡）
充電時，鋰離子從正極脱出經過電解質嵌入負極，同時電子經外電路跑到負極，保證正負極電荷平衡。放電時則相反，鋰離子從負極脱嵌，經過電解質嵌入正極。
（圖片來源：網絡）
1991年，日本Sony公司完成鋰電池商業化。到目前，鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等鋰鹽被當作鋰電池的正極廣泛使用。
由於鈉離子電池當時的研究進展相對滯後以及先天能量密度等性能比不上鋰離子電池等原因，在鋰離子高漲的研究熱潮中鈉離子電池逐漸被“雪藏”……
不過，是“金子”總是會發光的！一個勵志故事將展開——
鈉，地殼丰度2.75%，全球都有分佈，只要2塊錢一千克，白菜價啊！
（圖片來源：網絡）
要知道，對於一個電化學電池的成本而言，材料的製備成本佔到了絕大部分，特別是無論鋰電池或者鈉電池，其正極材料的製備成本佔到了30%以上。
自上世紀八十年代，這個idea被提出之後，一代又一代化學家們都在努力實現這個目標。
氟磷酸釩鈉就是他們在眾多鈉鹽中挑選到的好材料，其能量密度高達480 Wh/kg，全電池的能量密度（能量密度：單位重量電池所儲存的電量）可以和鋰離子電池相媲美。
氟磷酸釩鈉自1999年由法國科學家J.-M. Le Meins首次報道以來，一直沿用的是高温固相的合成方法，而高能耗勢必增加該材料的成本，這將限制該材料的廣泛應用。
2015年，法國科學家Jean-Marie Tarascon教授發表論文，科研人員在實驗室用氟磷酸釩鈉做成了18650鈉離子電池（下圖所示，特斯拉電動汽車，用了7000多塊同樣外觀的鋰離子電池）。
可是，這種鈉電池到目前也沒有見到工業化的報道，可能的原因是受限於該材料的規模化製備。
（圖片來源：網絡）
中科院過程工程所綠色化工研究部副研究員趙君梅團隊經過長時間攻關，開發了室温下氟磷酸釩鈉的一步便利製備技術。
實驗在一隻塑料大桶中進行，以釩渣萃取提釩得到的偏釩酸鈉溶液為釩的原料，加入一種特定的還原劑鹽酸羥胺，再加入氟化鈉和磷酸二氫鈉。你們，準備好了嗎。
1、2、3！開始反應（來源：趙君梅課題組）****
冒泡，反應開始劇烈起來（來源：趙君梅課題組）
一個多小時後，更劇烈了（來源：趙君梅課題組）
來個側面（來源：趙君梅課題組）
看看全過程視頻（來源：趙君梅課題組）
趙君梅説：“特別有意思的是，通過巧妙設計，獲得的氟磷酸釩鈉是一種具有多殼層微觀結構的微球，其形成機理主要是基於原位生成的氣泡作為軟模板，且氣-液-固界面發生層層自組裝的結果。”
喏，144小時後做出來就是這樣的（來源：趙君梅課題組）
更厲害的是，瓶子裏的粉末，不用作任何後處理，可以直接上！
經測試，這個方法合成出來的氟磷酸釩鈉居然在倍率性能和長循環性能上表現優異。
據説這兩張圖很厲害：
該論文的結論是：“在15C的倍率下放電容量為81mA·h·g-1，相當於0.1C下的放電容量的73%。15C倍率下的放電容量在3000周循環後容量的保持率為69.4%。”
相關論文信息：
Q&A
**Q：**為什麼會選擇Joule這本新刊？
**A：**Joule是《細胞》（Cell）於2017年創立的姊妹刊，主要發表能源領域中的最新研究發現和科研進展，不僅注重科研成果的產出，同時還關注成果的應用化潛力。你值得擁有哦！
**Q：**未來產業化計劃如何？
**A：**正在實驗室以該材料作為正極材料做軟包電池，軟包電池沒問題的話，下一步擬開展該材料的產業化問題。