近日，中美科學(xué)家聯(lián)手研發(fā)了一種具有新型結(jié)構(gòu)的硫化銻基負(fù)極材料，這種新材料可以使硫化銻基鈉離子電池循環(huán)次數(shù)從不到500個(gè)提升至900，且存儲(chǔ)容量達(dá)現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極材料容量的1.5倍。

科學(xué)家認(rèn)為，雖然現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)滲入到了我們生活中的方方面面，但是該類電池在存儲(chǔ)容量、使用壽命、安全性能和成本方面都有所不足。而鈉離子電池因?yàn)殁c資源豐富所以成本會(huì)很低，且它的電壓平臺(tái)較高，這極大的提高了電池的安全性能。

其實(shí)早在上世紀(jì)80年代，就已經(jīng)有科學(xué)家在進(jìn)行鈉離子電池的研發(fā)了，但一直找不到理想的鈉離子電極材料，致使電池的使用壽命極短，因此至今也沒能投入量產(chǎn)。

此次研發(fā)的新型鈉離子電池，在工作原理上與鋰離子電池類似，都是利用離子在正負(fù)極之間的嵌脫實(shí)現(xiàn)充放電。先將商業(yè)硫化銻與氧化石墨烯于硫化鈉溶液后混合，再通過(guò)控制結(jié)晶和燒結(jié)制備改性石墨烯與納米硫化銻的復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該硫化銻基負(fù)極材料和鈉片組裝成半電池后，經(jīng)過(guò)快速充放電（實(shí)間約為40分鐘）900個(gè)循環(huán)后，容量保持率高達(dá)83%，幾乎與現(xiàn)在的鋰離子電池持平。

研究人員表示，改性后的石墨烯能夠有效的提高硫化銻和相關(guān)放電產(chǎn)物的的穩(wěn)定性能，能更加有效穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)和防止活性物質(zhì)從石墨烯上脫落。與傳統(tǒng)鋰離子電池?fù)u椅式的工作原理不同，該類電池在充放電過(guò)程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極與電解液之間移動(dòng)。得益于這種獨(dú)特的工作原理，該類電池不但能儲(chǔ)存電能，而且還具有分離金屬離子的功能。

化學(xué)電池是指通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，把正極、負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)能，轉(zhuǎn)化為電能的一類裝置。在現(xiàn)代社會(huì)中，化學(xué)電池和我們的日常生活息息相關(guān)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在為我們的生活服務(wù)。

化學(xué)電池品種繁多，大到需一座建筑才能容下，小到以毫米計(jì)算。按電池是否可反復(fù)循環(huán)使用，化學(xué)電池可分為一次電池和二次電池。

一次電池俗稱用完即棄電池，即電池電量耗盡時(shí)，無(wú)法再充電使用，只能丟棄。生活中常用的5號(hào)鋅錳干電池就是一次電池。二次電池又稱可充電電池，即電池放電后可通過(guò)充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。目前市場(chǎng)上重要的二次電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。

以有機(jī)溶劑為電解液的鋰離子電池由于工作電壓高、能量大和循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦和相機(jī)等便攜型電子產(chǎn)品中。

鋰離子電池重要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極；放電時(shí)則相反。形象地說(shuō)，鋰離子電池就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子則在搖椅兩端來(lái)回奔跑。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、環(huán)境污染的日益加劇、不可再生的能源資源不斷消耗，人類社會(huì)迫切要提高能源的利用效率，開拓新能源和可再生能源，而這些均離不開電化學(xué)儲(chǔ)能電池。

傳統(tǒng)的以有機(jī)溶劑為電解液的鋰離子電池雖然具有能量密度高的優(yōu)勢(shì)，但存在安全性較低和成本較高的問(wèn)題。與之相比，水系離子電池具有價(jià)格低廉、無(wú)環(huán)境污染且安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)級(jí)別的大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有潛在的重要前景。

由于鈉資源相對(duì)豐富，鈉離子水系電池被認(rèn)為是下一代水系二次電池的理想選擇。目前，美國(guó)的aquionenergy和alveoenergy兩家公司正在積極開發(fā)基于鈉離子水系電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)，而我國(guó)在這方面研究不足。

我國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研制的新型水系鋰鈉混合離子電池，可謂鈉離子電池家族中增添的一支新軍。

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，而另一極則選用選擇性嵌入/脫嵌鈉離子的化合物作為活性材料，同時(shí)以鋰鈉混合離子水溶液作為電解質(zhì)。

與傳統(tǒng)鋰離子電池?fù)u椅式的工作原理不同，該類電池在充放電過(guò)程中，鋰離子和鈉離子分別僅在電池的一極與電解液之間移動(dòng)。得益于這種獨(dú)特的工作原理，該類電池不但能儲(chǔ)存電能，而且還具有分離金屬離子的功能，可謂一舉兩用。

鋰鈉混合離子電池的美妙之處在于其雙功能性。鋰和鈉在元素周期表中屬同族元素，它倆化學(xué)性質(zhì)相似，難以分離。

現(xiàn)有的分離技術(shù)多采用化學(xué)方法，要大量的na2co3、alcl3或錳氧化物等化學(xué)試劑，耗時(shí)、成本高和環(huán)境不友好。

采用鋰鈉混合離子電池技術(shù)即可在儲(chǔ)存和釋放電能的同時(shí)又分離鋰、鈉離子。這種分離技術(shù)與現(xiàn)有其他化學(xué)方法相比，更為高效和綠色，因而其在大規(guī)模分離海或鹵水中的鋰、鈉元素方面具有重要應(yīng)用前景。

電化學(xué)儲(chǔ)能有望成為21世紀(jì)具有持續(xù)、爆炸式發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)。基于鈉離子電池的儲(chǔ)能技術(shù)很可能是未來(lái)最重要的儲(chǔ)能技術(shù)之一。

鋰離子電池的發(fā)展導(dǎo)致全世界對(duì)鋰資源的需求日益新增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2012年，世界上83%的鋰是從海或鹵水中提取的，因此發(fā)展新型有效的分離技術(shù)迫在眉睫。