潔白的外衣、靈巧的身型，前不久，一批嶄新的電動(dòng)自行車低調(diào)亮相中科院物理所園區(qū)，作為實(shí)驗(yàn)用車進(jìn)行更為廣泛的測(cè)試。這批外形閃亮的“小白”有顆特殊的“心臟”——鈉離子電池。
與鋰離子電池工作原理基本相同，鈉離子電池是一種可充放電電池，它依靠鈉離子在正負(fù)極之間可逆脫出和嵌入實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)與輸出。聽起來(lái)簡(jiǎn)單，但將其中的關(guān)鍵技術(shù)一一攻克并非易事，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員、北京中科海鈉科技有限責(zé)任公司創(chuàng)始人胡勇勝帶領(lǐng)他的研究團(tuán)隊(duì)，一干就是10年。
“如果失敗了呢？”
“從來(lái)沒有想過(guò)這個(gè)問題?！泵鎸?duì)追問，語(yǔ)速飛快的胡勇勝?zèng)_著經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者靦腆一笑。
如今回望，那時(shí)胡勇勝的選擇，不可謂不冒險(xiǎn)。2010年，剛剛從海外學(xué)成歸來(lái)的胡勇勝滿懷熱忱，將研究目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了當(dāng)時(shí)的“大冷門”——鈉離子電池時(shí)，質(zhì)疑聲紛至沓來(lái)。胡勇勝記得，2013年，一家全球知名的鋰電池公司對(duì)其研究做了一次內(nèi)部評(píng)估，結(jié)論是：不看好。
既然如此，為何還要“明知山有虎，偏向虎山行”？胡勇勝扶了扶眼鏡，回憶起當(dāng)年挑戰(zhàn)鈉離子電池的初衷：在所有電池技術(shù)中，鋰離子電池的綜合性能最優(yōu)秀，但鋰資源儲(chǔ)量有限，我國(guó)80%鋰資源依賴進(jìn)口。如此一來(lái)，鋰離子電池很難同時(shí)滿足我國(guó)大規(guī)模儲(chǔ)能、電動(dòng)交通工具以及消費(fèi)電子的需求。
與之形成鮮明對(duì)比的是，鈉資源儲(chǔ)量豐富、分布廣泛、成本低廉、環(huán)境友好，而且鈉離子電池生產(chǎn)還可兼容鋰離子電池現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備?！皩?duì)國(guó)家能源安全而言，我國(guó)的基本國(guó)情為鈉離子電池中國(guó)產(chǎn)業(yè)化提供了發(fā)展土壤?！焙聞僬f(shuō)。
理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。正極、負(fù)極、電解質(zhì)，作為組成電池的三大核心材料，一直是學(xué)界、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)。其中，正極材料不僅決定著電池的性能和成本，也是電池容量、電池能量密度能否進(jìn)一步提高的關(guān)鍵。
怎樣才能找到既便宜、性能又好的正極材料？從名目繁多的化學(xué)元素周期表上篩選出有效活性元素，就好像在沒有提示的情況下走出迷宮，問題與答案都不確定，胡勇勝這一試就是3年。時(shí)過(guò)境遷，胡勇勝已不記得當(dāng)初究竟試驗(yàn)了多少種正極材料。他只記得一次偶然的機(jī)會(huì)，忽然想到兒時(shí)老家收破爛的人常說(shuō)的一個(gè)詞“破銅爛鐵”?！皩?duì)呀，銅！”一直為找不到正極材料苦悶的胡勇勝突然有種醍醐灌頂?shù)母杏X。
的確，與一些貴金屬元素相比，銅相對(duì)便宜，其成本只有鈷的四分之一、鎳的二分之一，但是它的“短板”也很明顯——在鋰電池中沒有活性。那么，對(duì)于鈉離子電池，銅會(huì)不會(huì)是個(gè)例外？又用了兩年時(shí)間，胡勇勝給出了答案：?jiǎn)渭兊你~和鈉不會(huì)產(chǎn)生活性反應(yīng)，但選用鈉銅鐵錳這4個(gè)化學(xué)元素以合理的比例合成正極材料，不僅具有活性，而且成本足夠低廉，這使得鈉離子電池的成本優(yōu)勢(shì)更加突出。
正極材料的研發(fā)暫告一段落，負(fù)極材料的研發(fā)很快提上日程。經(jīng)過(guò)不懈努力，胡勇勝最終研制出了無(wú)煙煤基鈉離子電池負(fù)極材料。
就這樣一點(diǎn)點(diǎn)摸索著前進(jìn)，胡勇勝帶領(lǐng)他的研究團(tuán)隊(duì)一路披荊斬棘，陸續(xù)研發(fā)了低溫/室溫鈉離子電池新型正極材料、電解質(zhì)材料和負(fù)極材料，為鈉離子電池的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)?；诰哂型耆灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的材料體系，他們?cè)谌蚴状螌?shí)現(xiàn)了鈉離子電池的量產(chǎn)，每個(gè)月可以生產(chǎn)30萬(wàn)支電芯，并推出了全球首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車和全球首座100千瓦時(shí)鈉離子電池儲(chǔ)能電站。目前，其研發(fā)的鈉離子電池的能量密度已達(dá)120瓦時(shí)/千克，是鉛酸電池的3倍左右。
“今后，低成本鈉離子電池有望在低速電動(dòng)車、電動(dòng)船、家庭儲(chǔ)能、電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域獲得應(yīng)用?！泵嫦蛭磥?lái)，胡勇勝坦言，盡管鈉離子電池的綜合性能現(xiàn)在已經(jīng)向鋰離子電池靠近，在成本方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)存相同的能量，成本比鋰離子電池低30%左右，但并非要取而代之。
“我們希望它能夠在未來(lái)成為鋰離子電池的有益補(bǔ)充，為我國(guó)能源安全和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供保障?！焙聞僬f(shuō)。
本報(bào)記者 沈 慧
