12 月 23 日消息，休斯頓大學卡內帕研究實驗室領銜的國際研究團隊近日開發出一種新型鈉離子電池材料，可顯著提高電池效率和能量性能，為構建更可持續、更經濟的能源未來鋪平道路。

據了解，長期以來，鋰離子電池一直是智能手機、筆記本電腦乃至電動汽車等設備的首選技術。然而，由于鋰資源相對稀缺、價格昂貴、開采困難等，人們對鋰離子電池的未來日益擔憂，全球科學家正致力于開發可行的替代方案。

這項新研究聚焦于一種化學式為 NaxV2 (PO4) 3 的磷酸釩鈉材料。研究表明，該材料可將鈉離子電池的能量密度（單位重量儲存的能量）提高 15% 以上。與現有鈉離子電池的 396 瓦時 / 千克（Wh/kg）相比，采用新型材料的電池能量密度高達 458 Wh/kg，使其在性能上更接近鋰離子電池。

“鈉的價格僅為鋰的約 1/ 50，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。

雖然電壓差異看似微小，但這顯著提高了電池的能量密度。其效率的關鍵在于釩，釩可以以多種穩定狀態存在，從而能夠儲存和釋放更多能量。

這項研究的意義不僅限于鈉離子電池。用于合成 NaxV2 (PO4) 3 的方法也可應用于其他具有類似化學性質的材料，為先進儲能技術開辟新的可能性。這將對諸多領域產生影響，從更經濟、更可持續的設備供電電池，到助力我們向更清潔的能源經濟轉型。

“我們的目標是為能量儲存找到清潔、可持續的解決方案，”卡內帕說，“這種材料表明，鈉離子電池可以在滿足現代技術高能量需求的同時，兼顧成本效益和環境友好性。”

該研究成果已發表在《自然?材料》期刊上。