休斯頓大學Canepa 研究實驗室的一個跨學科研究國際團隊開發了一種用于鈉離子電池的新型材料，可以提高鈉離子電池的效率并提高其能源性能，為更可持續和更實惠的能源未來鋪平道路。

新材料磷酸釩鈉，化學式為 NaxV2（采購訂單4)3，通過將能量密度（每公斤存儲的能量）提高 15% 以上來提高鈉離子電池的性能。與舊款鈉離子電池的 396 Wh/kg 相比，這種材料的能量密度更高，為每千克 458 瓦時 （Wh/kg），使鈉技術更接近于鋰離子電池的競爭。

“鈉比鋰便宜近 50 倍，甚至可以從海水中提取，這使其成為大規模儲能更可持續的選擇，”休斯頓大學電氣與計算機工程助理教授、卡內帕實驗室首席研究員皮耶爾馬努埃萊?卡內帕表示，“鈉離子電池的生產成本可能更低、更容易，有助于減少對鋰的依賴，并使電池技術在全球范圍內更易獲得。”

研究人員使用新型材料 NaxV2 (PO4) 3 制造了電池原型，并展示了顯著的儲能性能提升。NaxV2 (PO4) 3 屬于“鈉超離子導體”（NaSICONs）系列，其設計允許鈉離子在充放電過程中順暢地進出電池。

與現有材料不同，NaxV2 (PO4) 3 具有獨特的鈉離子處理方式，使其能夠作為單相系統運行，即在釋放或吸收鈉離子時保持穩定。這使得 NaSICON 在充電和放電過程中保持穩定，同時提供 3.7 伏的連續電壓，高于現有材料的 3.37 伏。

雖然這種差異可能看起來很小，但它顯著增加了電池的能量密度或它可以為其重量存儲多少能量。其效率的關鍵是釩，它可以以多種穩定狀態存在，使其能夠保持和釋放更多的能量。

“連續的電壓變化是一個關鍵特性，”Canepa 說。“這意味著電池可以更高效地運行，而不會影響電極的穩定性。這改變了鈉離子技術的游戲規則。

可持續未來的可能性

這項工作的意義不僅限于鈉離子電池。用于產生 Na 的合成方法xV2（采購訂單4)3可以應用于具有類似化學成分的其他材料，為先進的儲能技術開辟了新的可能性。這反過來可能會影響從更實惠、更可持續的電池到為我們的設備供電的方方面面，以幫助我們過渡到更清潔的能源經濟。

“我們的目標是找到清潔、可持續的儲能解決方案，”Canepa 說。“這種材料表明，鈉離子電池可以滿足現代技術的高能量需求，同時具有成本效益和環保性。”

基于這項工作的一篇論文發表在《自然材料》雜志上。