科学家在钠的基础上提出智能手机用锂离子电池的替代方案

据俄罗斯卫星通讯社sputniknews报道，俄罗斯和德国学者们在钠的基础上提出了智能手机用锂离子电池的替代方案。在获得成功的情况下，将可以制造出比锂离子电池优越的新一代电池，但价格仅相当于锂离子电池的几分之一。研究结果发表在《纳米能源》（Nano Energy）杂志上。

俄罗斯国立研究型技术大学莫斯科国立钢铁合金学院（MISIS）、俄罗斯科学院生物化学物理研究所、德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ， HZDR）的工作人员们弄明白，如果把两层钠原子放置在两层石墨烯之间，就像三明治那样，那么这种装置将展示出极高的容量。

中国上海交通大学化学化工学院副研究员李磊在评论新型技术研发成果时向俄罗斯卫星通讯社与广播电台表示，尽管价格更低，但钠电池的容量暂时逊于锂电池。

“与锂电池相比，钠电池的主要优势在于其成本，因为钠盐原材料储量丰富，价格低廉，而锂的储量在全球是有限的。当然，钠电池也存在原理上的缺陷。根据元素周期表，锂排在钠前面，半径小于钠离子，这就导致着钠离子的电导率相对低于锂离子，使得最后组装成电池后的容量也小于锂电池。”

据美国电脑科技类月刊杂志《连线》（Wired）报道，大多消费者认为内置电池的带电时间是智能手机的主要特性之一。统计数据证实了人们的电子设备电池经常不够用的事实——外挂电池（又称移动电源）的市场容量在2022年前将达到250亿美元。

“因此当前科研人员主要致力于研发高储钠离子的电极材料，包括新闻背景中提及的研究结果，像这种二维层状材料的储钠离子能力也会比锂离子的理论容量高一些。不过目前研究尚未能够完全实现真正的产业化，我想今后还需要再进行进一步的探索和尝试，”——李磊指出。

专家认为，近期预计不会发生“电池革命”。人们到处都在使用锂离子电池，它们的工作原理很容易让人理解，生产链也安排得井井有条。尽管发表有成百上千的研究成果，花费了数十亿美元，几十个初创企业投入心力，但电池的工作技术在过去30年来确实没有发生重大变化。

“我们可以看到2019年诺贝尔化学奖颁给了三位科学家，以表彰他们对锂离子电池研发的卓越贡献。从锂电池被发明至今已经经过了数十年的发展，技术相对比较成熟，包括其产业链、电极材料和中间匹配的电解液隔膜，都是比较成熟的技术，而这也是目前锂电池仍然在广泛应用的主要原因。技术相对比较成熟，包括其产业链、电极材料和中间匹配的电解液隔膜，都是比较成熟的技术，而这也是目前锂电池仍然在广泛应用的主要原因”。

然而，李磊认为，随着科技的发展，锂离子电池逐渐接近自己的技术极限：它们为电动汽车或者复杂的便携式电子产品等当代科技产品充电时适应不良，但生产锂电池用的资源开采费用却在持续增加。

“不过目前锂电池的发展也遇到了瓶颈。随着科技的发展，锂电池已经逐渐无法再很好地满足人们的一些日常需求，比如电动汽车的续航能力、5G手机的待机时间等等。因此这就需要一些新的电池技术，我们也称之为“后锂电池时代”，比如钠电池、锌空电池、锂硫电池和锂空气电池 。不过这些新的电池技术目前还没有达到真正成熟可以安全应用的阶段，至于还需要等待多长时间，我认为目前还不好预测，因为有时候需要出现颠覆性的技术或者材料，才能加速推进研发进程。”

截至今日的确很难预测，这个领域将在何时取得突破。几十个公司试图制造新型电池：改善其容量和服务期限。

特斯拉公司前员工基恩·别尔迪切夫斯基（Gene Berdichevsky）所成立的席拉奈米科技（Sila Nanotechnologies）公司2019年推出了一种使用硅粉的电池。硅原子可储存的锂比碳原子可储存的锂多20倍，相应，这使得制造更强大的电池但不增加其尺寸成为可能。宝马公司（BMW）的电动汽车未来想引进这一技术。截至今日，席拉奈米科技公司的投资者还有三星公司（Samsung）、中国经纬创投（北京）投资管理顾问有限公司（Matrix Partners）和中国成为资本（Chengwei Capital）。

英国ZapGo公司建议在电池生产中采用碳。它们按照超级电容器的原则运行，在电场中积累能量。但它们无法像普通电池那样积累那么多的能量，而且非常快就丧失能量。

对于英国ZapGo公司的电池来说，或者任何一个在超级电容器基础上运行的电池来说，还必须有特殊的充电装置。这种充电装置能够从插头上积累电能，瞬间就把全部电能传递给手机。

实际上，尽管有许多新的研究成果，但锂离子电池目前仍是最常用的电池。按照彭博新能源财经（Bloomberg New Energy Finance）的估计，仅2016年一年，所有售出的锂离子电池总容量就达到120百瓦小时。这大约是75亿个标准手机电池，也就是说几乎相当于地球人人手一个。