鋰離子電池廣泛應用于電動汽車和智能手機等設備，但鋰資源相對稀缺、成本高，而且難以獲取。因此，研究人員致力于創造可行性替代品。據外媒報道，由跨學科研究人員組成的國際團隊（包括休斯頓大學Canepa研究實驗室）開發出新型鈉離子電池材料，可以提高電池效率并增強能源性能，有助于實現更可持續、更經濟的能源未來。

（圖片來源：休斯頓大學）

這種新材料名為磷酸釩鈉，其化學式為NaxV2(PO4)3，可將鈉離子電池的能量密度（即每千克儲存的能量）提高15%以上，從而提高電池性能。與以往鈉離子電池（396 Wh/kg）相比，這種材料的能量密度高達458 Wh/kg，使鈉技術更有望媲美鋰離子電池。

休斯頓大學（UH）電氣與計算機工程系助理教授、Canepa實驗室首席研究員Pieremanuele Canepa表示：“鈉比鋰的成本低近50倍，甚至可以從海水中提取，由此成為大規模儲能的更可持續選擇。鈉離子電池可能成本更低、更容易生產，這有助于減少對鋰的依賴性，并使電池技術更容易在全球范圍內普及。”

從理論到現實

Canepa實驗室利用理論知識和計算方法來發現新材料和分子，以幫助推動清潔能源技術的發展。該實驗室與法國研究人員合作開展該項目的實驗工作，使得理論建模能夠通過實驗驗證。

研究人員利用新材料NaxV2(PO4)3來制作電池原型，從而證明了儲能性能明顯提升。NaxV2(PO4)3屬于“Na超離子導體（NaSICONs）”類材料，旨在讓鈉離子在充電和放電過程中順利出入電池。與現有材料不同，它具有獨特的鈉處理方式，能夠作為單相系統工作。這意味著它可以在釋放或吸收鈉離子時保持穩定狀態。這使得NaSICON在充放電期間保持穩定，同時提供3.7伏的持續電壓（相對于鈉金屬），超過現有材料中的3.37伏。

這種差異看起來很小，但可以明顯提高電池的能量密度，也就是其重量能儲存多少能量。其效率的關鍵在于釩，它可以存在于多個穩定狀態，因此能夠容納和釋放更多的能量。Canepa表示：“連續電壓變化是一個關鍵特性。這意味著電池可以更高效地運行，而不會損害電極的穩定性。這對鈉離子技術來說是一個顛覆性變化。”

實現可持續未來的潛力

這項研究的意義不僅限于鈉離子電池。用于制造NaxV2(PO4)3的合成方法，也可以應用于具有類似化學性質的其他材料，從而為實現先進的儲能技術開辟了新途徑。這反過來又會影響各個方面，從更經濟、更可持續的電池到為設備供電，幫助向更清潔的能源經濟過渡。

Canepa表示：“我們的目標是找到清潔、可持續的儲能解決方案。這種材料表明，鈉離子電池可以滿足當代技術的高能量需求，同時具有成本效益和環保性。”