由中科院化學(xué)所研究員郭玉國領(lǐng)銜的團隊在新型高比能室溫鈉硫電池研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志的封底上。

郭玉國在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示，室溫高比能鈉硫電池在儲能領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，但實現(xiàn)商業(yè)化仍需時日。

鈉硫電池前景看好

2007年回國的郭玉國最初研究方向并不是鈉硫電池，而是同樣屬于高比能金屬二次電池的鋰硫電池。

鋰硫電池是極具應(yīng)用前景的下一代高比能金屬鋰二次電池，其理論能量比高出現(xiàn)有鋰離子電池4至5倍。郭玉國說。

從2009年開始，郭玉國帶領(lǐng)研究團隊開始主攻鋰硫電池，他們提出利用碳納米孔道限域的鏈狀小硫分子解決鋰硫電池中多硫離子溶出難題，并因此成功制備出一種電化學(xué)性能優(yōu)異的納米復(fù)合正極材料。

他向記者介紹道，這種非常規(guī)的硫分子—碳復(fù)合正極材料有效解決了鋰硫電池硫正極的循環(huán)問題，攻破了傳統(tǒng)硫正極材料由于多硫化物溶出導(dǎo)致循環(huán)性能差的難題，使得鋰硫電池能具有長循環(huán)壽命。

同時，由于硫顆粒的尺寸已降至分子級，這使得硫的電化學(xué)活性也顯著提高。

化學(xué)所鋰硫電池研究團隊的博士辛森指出，這種基于納米孔道限域效應(yīng)的小分子硫—碳復(fù)合正極材料在鋰硫電池中表現(xiàn)出很高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性以及高倍率性能。

隨著動力鋰電池逐漸應(yīng)用于電動汽車，對鋰的需求量將大大增加。

在鋰硫電池材料方面獲得較大突破后，郭玉國開始琢磨將其應(yīng)用在鈉硫電池上的可能性：傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度已經(jīng)接近理論極限，而且鋰在地殼中的豐度較低，儲量有限，使其成本居高不下。隨著全球儲能需求的猛增，鋰資源或?qū)⒚媾R稀缺的局面。與之相比，全球范圍內(nèi)的鈉資源非常豐富，如海水就是鈉離子取之不盡的源泉。

鈉硫電池技術(shù)起源于上世紀(jì)60年代。鈉硫電池是通過硫與鈉之間的電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的一類金屬二次電池。

同鋰硫電池類似的是，鈉硫電池的正極（S）和負(fù)極（Na）也具有很高的理論比容量。高溫鈉硫電池的理論比能量高達(dá)760Whkg-1，在智能電網(wǎng)等儲能領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用潛力。

此外，作為電極材料的鈉硫成本優(yōu)勢明顯，也使得鈉硫電池極具商業(yè)化前景。

中投顧問新能源行業(yè)研究員沈宏文對記者表示，與普通電池相比，鈉硫電池具有比能量高、可大電流充電、充放電效率高等優(yōu)勢，從產(chǎn)生之初便受到了各國科研機構(gòu)、電池廠商的高度關(guān)注。