記者4月17日獲悉，南開大學(xué)陳軍院士領(lǐng)銜完成的“鈉離子電池關(guān)鍵電極材料與反應(yīng)機(jī)制”項(xiàng)目，獲得2020年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。鈉離子電池被科學(xué)界普遍認(rèn)為極具發(fā)展前景，然而能量密度較低，循環(huán)壽命較短、倍率性能欠佳等問題，制約著鈉離子電池的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。陳軍院士團(tuán)隊(duì)十余年潛心研究，一舉突破了鈉離子電池關(guān)鍵電極材料和反應(yīng)調(diào)控機(jī)制等關(guān)鍵核心難題，為發(fā)展高性能鈉離子電池開辟了道路。

能源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)、國家安全和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基石。隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展和“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)迫在眉睫，大力發(fā)展可再生能源是必然選擇。

在開發(fā)利用可再生能源過程中，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。在眾多的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池已在便攜式電子設(shè)備和新能源汽車中占據(jù)主導(dǎo)地位。

“然而，鋰豐度低，資源分布不均勻，約70%集中在南美洲，我國80%的鋰資源依賴進(jìn)口，引發(fā)了人們對(duì)鋰儲(chǔ)量的普遍擔(dān)憂。另外，鋰離子電池的安全隱患也難以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的應(yīng)用需求。”陳軍說。

鑒于對(duì)原材料儲(chǔ)量以及電池安全性、穩(wěn)定性的擔(dān)憂，人們努力尋找能夠替代鋰離子電池，可大規(guī)模應(yīng)用且環(huán)境友好的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。

鈉與鋰位于同一主族，具有很多相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且鈉資源豐富、分布廣泛、成本低廉，另外鈉離子電池快速充放電時(shí)負(fù)極不易析鈉，安全性高。鈉離子電池工藝、技術(shù)各方面也與鋰離子電池相近，可以借鑒使用。因此，鈉離子電池被認(rèn)為是極具潛力的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。

“不過，由于鈉離子半徑大，儲(chǔ)鈉過程材料結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，導(dǎo)致鈉離子傳輸擴(kuò)散速率慢，電極材料儲(chǔ)鈉活性位點(diǎn)及利用率不足，電極/電解質(zhì)表界面穩(wěn)定性差。”陳軍介紹，這些問題造成鈉離子電池能量密度、循環(huán)壽命與倍率性能欠佳。”

針對(duì)上述科學(xué)難題，陳軍院士團(tuán)隊(duì)十余年潛心研究，提出了鈉離子電池中關(guān)鍵電極材料的微納結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，以及電壓/電解液協(xié)同誘導(dǎo)下電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的調(diào)控方法，構(gòu)筑了超高比能量錳基氧化物正極和超快鈉離子輸運(yùn)能力的多孔微納碳包覆聚陰離子型正極，高容量金屬硫族化合物負(fù)極及原位預(yù)鈉化快速可逆脫嵌鈉硬碳負(fù)極，研獲了基于無機(jī)-有機(jī)雜化鈉鹽的新型對(duì)稱有機(jī)鈉離子電池。這些創(chuàng)新工作為發(fā)展高性能鈉離子電池提供了重要理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)支撐，促使鈉離子電池儲(chǔ)能上了一個(gè)新臺(tái)階。

在深耕基礎(chǔ)研究的同時(shí)，陳軍院士團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)科研成果向應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化的進(jìn)度，相關(guān)成果獲多項(xiàng)中國發(fā)明專利授權(quán)，并與天津捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司、深圳欣旺達(dá)電子股份有限公司、廣東嘉元科技股份有限公司、安徽理士國際技術(shù)有限公司等知名電池企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，共建國家企業(yè)技術(shù)中心。同時(shí)，與河北省滄州市政府共建南開大學(xué)-滄州渤海新區(qū)綠色化工研究院，部分鈉電池關(guān)鍵電極材料正在進(jìn)行中試放大與應(yīng)用轉(zhuǎn)化，服務(wù)京津冀協(xié)同發(fā)展。