中科院水系離子電池研究取得進展

    鋰電世界  近年來，可再生能源在世界范圍內得到迅速發展，而大規模儲能技術是解決可再生能源并網發電的關鍵核心技術。傳統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、無環境污染且安全性高等優點，在電網級別的大規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。與傳統鋰離子電池“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生嵌入與脫出（如圖1所示）。這一全新電池類型既擴寬了現有鋰離子電池材料的應用范圍，又為鈉離子電池發展開辟了新的途徑，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對Li+和Na+的富集，與現有的化學分離技術相比操作更為簡便且更加綠色環保，因此該技術在海(或鹵)水中Li+和Na+的大規模分離方面具有重要的應用前景。

    相關研究成果發表于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