中科院水系離子電池研究取得進展

　　近年來，可再生能源在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展，而大規(guī)模儲能技術是解決可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的關鍵核心技術。傳統(tǒng) 的以有機溶劑為電解液的鋰離子電池盡管在能量密度上具有優(yōu)勢，但也存在安全性較低和成本較高的問題。與之相比，水系離子電池具有價格廉價、無環(huán)境污染且安 全性高等優(yōu)點，在電網(wǎng)級別的大規(guī)模儲能體系中具有潛在的重要應用前景。

　　由于鈉資源的相對豐富，鈉離子水系電池被認為是下一代水系二次電池的理想選擇。然 而，目前適用于水系鈉離子電池的電極材料極為匱乏，這成為了阻礙鈉離子電池發(fā)展的瓶頸。

　　基于此，中科院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池 工程實驗室陳亮博士首次提出鋰鈉混合離子電解質(zhì)這一全新理念來構建新型水系離子電池。該類電池的一極采用選擇性嵌入/脫嵌鋰離子的化合物為活性材料，而另 一極則選用對鈉離子具有選擇性嵌入/脫嵌活性的化合物作為活性材料，同時以Li+/Na+混合離子水溶液作為電解質(zhì)。與傳統(tǒng)鋰離子電池“搖椅式”的工作原 理不同，該新型電池在充放電過程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極上發(fā)生嵌入與脫出(如圖1所示)。這一全新電池類型既擴寬了現(xiàn)有鋰離子電池材料的應 用范圍，又為鈉離子電池發(fā)展開辟了新的途徑，而且對于豐富儲能電池體系具有重要的科學意義。

　　此外，該新型電池獨特的工作方式還使其具有 Li+/Na+分離的功能。通過構建如圖2所示的簡單反應體系，通過反復的充放電過程即可分別實現(xiàn)對Li+和Na+的富集，與現(xiàn)有的化學分離技術相比操作 更為簡便且更加綠色環(huán)保，因此該技術在海(或鹵)水中Li+和Na+的大規(guī)模分離方面具有重要的應用前景。

　　相關研究成果發(fā)表于Nature出版集團旗下的Scientific Reports(Sci. Rep. 2013，3, 1946)。

　　該研究工作得到了中科院重點部署項目(KGZD-EW-202-4)、寧波市科技創(chuàng)新團隊(2012B82001)以及國家“973”項目(2011CB935900)的支持。

　　圖1：鋰鈉混合離子水系電池模型圖

　　圖2：混合離子電池分離Li+/Na+的原理示意圖