該項研究得到了廣東省創(chuàng)新科研團隊、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目和國家自然科學基金等項目的資助。相關研究成果"A Novel Tin-Graphite Dual-Ion Battery Based on Sodium-Ion Electrolyte with High Energy Density"(一種新型錫-石墨鈉型高能量密度雙離子電池)已在線發(fā)表于國際頂尖能源材料期刊Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201601963,IF=15.23)上,并申請1項國際發(fā)明專利(PCT/CN2016/081309)。

鋰離子電池已廣泛應用于便攜式電子設備、儲能設備等領域。但隨著鋰離子電池逐漸應用于智能手機、電動汽車等領域, 鋰的需求量逐年快速增長,而鋰的全球儲量有十分有限,且分布不均,造成原材料價格上漲迅猛,嚴重制約了我國低成本、高性能儲能器件領域的快速發(fā)展。鈉元素由于具有和鋰相似的物理化學性質(zhì),且其儲量豐富,成本低廉,使得基于鈉離子的二次電池體系受到廣泛關注。20170113-WO-1結(jié)合鈉離子與雙離子電池的綜合優(yōu)點,唐永炳研究員及其團隊成員圣茂華、張帆、季必發(fā)等人成功研發(fā)出一種全新的基于鈉離子電解液的新型高性能、低成本錫-石墨雙離子電池。該電池直接采用錫箔同時作為電池負極和集流體,石墨作為正極;電解液采用廉價易得的六氟磷酸鈉作為鈉鹽電解質(zhì)溶于有機溶劑中。該新型電池具有超出預期的能量密度和較長的循環(huán)壽命,并且大幅降低了電池的生產(chǎn)成本。該新型電池的反應機理為:充電時,電解液中的鈉離子運動到錫箔負極表面,形成鈉錫合金,同時六氟磷酸根插層到正極石墨中;放電時,負極上的鈉錫合金脫鈉,同時正極石墨中的六氟磷酸根脫嵌回到電解液中。

研究結(jié)果表明,該新型鈉離子雙離子電池在2C倍率下充放電循環(huán)400圈后,仍保持94%的容量;且能量密度可達到144Wh/kg,高于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度。該研究成果具有巨大的產(chǎn)業(yè)化前景,并有望代替現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術。