锂快不够用了？别怕！我们还能用钠离子电池“续命”_风闻
剑啸易水寒-深知身在情长在，前尘不共彩云飞。2018-09-07 20:22
某果手机、某米手环、某斯拉电动汽车、某森吸尘器……眼看着，我们的精致生活越来越离不开这些电子产品。
我们的精致生活，从根本上离不开能源，而能源离不开锂离子电池，也离不开储能。
然而，我们目前却面临着一个残酷的现实：
锂快不够用了！
根据美国地理最新的调查统计数据，地壳中大概只有0.0065%的锂，全球锂资源约为3950万吨，而具备商业开采价值的锂储备量则仅为1351.9万吨。
按目前的锂消耗速度超过300年才能用完，但如果需求爆炸性成长，在一年用80万吨的情况下，电子产品不到17年就会血槽空空。
于是在这个“锂电狂欢”的时代，我们却要思考如何给电子产品“续命”这个问题……
天文学家说：走，到宇宙中去寻找锂！
好消息是，今年8月，中科院国家天文台的科研人员依托郭守敬望远镜发现了锂元素丰度最高的恒星，约是同类天体的3000倍。
好像这个锂资源不足的问题就迎刃而解了吧！？
然而，这颗恒星距离地球4500光年。远水不解近渴大概说的就是这种情况的吧……
化学家说：我最新的论文有解决办法，了解下？
Cell Press旗下能源旗舰期刊Joule（中文译名：《焦耳》）近日发表了一项中国科学家完成的工作。
在元素周期表里，锂和钠都是碱金属，有许多相似的性质可以利用。
例如，锂原子和钠原子的最外层电子都很容易失去，也容易得到。以电子得失的方式来释放和储存能量，化学家基于这个的科学原理来制作了锂电池。
（图片来源：网络）
充电时，锂离子从正极脱出经过电解质嵌入负极，同时电子经外电路跑到负极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。
（图片来源：网络）
1991年，日本Sony公司完成锂电池商业化。到目前，钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等锂盐被当作锂电池的正极广泛使用。
由于钠离子电池当时的研究进展相对滞后以及先天能量密度等性能比不上锂离子电池等原因，在锂离子高涨的研究热潮中钠离子电池逐渐被“雪藏”……
不过，是“金子”总是会发光的！一个励志故事将展开——
钠，地壳丰度2.75%，全球都有分布，只要2块钱一千克，白菜价啊！
（图片来源：网络）
要知道，对于一个电化学电池的成本而言，材料的制备成本占到了绝大部分，特别是无论锂电池或者钠电池，其正极材料的制备成本占到了30%以上。
自上世纪八十年代，这个idea被提出之后，一代又一代化学家们都在努力实现这个目标。
氟磷酸钒钠就是他们在众多钠盐中挑选到的好材料，其能量密度高达480 Wh/kg，全电池的能量密度（能量密度：单位重量电池所储存的电量）可以和锂离子电池相媲美。
氟磷酸钒钠自1999年由法国科学家J.-M. Le Meins首次报道以来，一直沿用的是高温固相的合成方法，而高能耗势必增加该材料的成本，这将限制该材料的广泛应用。
2015年，法国科学家Jean-Marie Tarascon教授发表论文，科研人员在实验室用氟磷酸钒钠做成了18650钠离子电池（下图所示，特斯拉电动汽车，用了7000多块同样外观的锂离子电池）。
可是，这种钠电池到目前也没有见到工业化的报道，可能的原因是受限于该材料的规模化制备。
（图片来源：网络）
中科院过程工程所绿色化工研究部副研究员赵君梅团队经过长时间攻关，开发了室温下氟磷酸钒钠的一步便利制备技术。
实验在一只塑料大桶中进行，以钒渣萃取提钒得到的偏钒酸钠溶液为钒的原料，加入一种特定的还原剂盐酸羟胺，再加入氟化钠和磷酸二氢钠。你们，准备好了吗。
1、2、3！开始反应（来源：赵君梅课题组）****
冒泡，反应开始剧烈起来（来源：赵君梅课题组）
一个多小时后，更剧烈了（来源：赵君梅课题组）
来个侧面（来源：赵君梅课题组）
看看全过程视频（来源：赵君梅课题组）
赵君梅说：“特别有意思的是，通过巧妙设计，获得的氟磷酸钒钠是一种具有多壳层微观结构的微球，其形成机理主要是基于原位生成的气泡作为软模板，且气-液-固界面发生层层自组装的结果。”
喏，144小时后做出来就是这样的（来源：赵君梅课题组）
更厉害的是，瓶子里的粉末，不用作任何后处理，可以直接上！
经测试，这个方法合成出来的氟磷酸钒钠居然在倍率性能和长循环性能上表现优异。
据说这两张图很厉害：
该论文的结论是：“在15C的倍率下放电容量为81mA·h·g-1，相当于0.1C下的放电容量的73%。15C倍率下的放电容量在3000周循环后容量的保持率为69.4%。”
相关论文信息：
Q&A
**Q：**为什么会选择Joule这本新刊？
**A：**Joule是《细胞》（Cell）于2017年创立的姊妹刊，主要发表能源领域中的最新研究发现和科研进展，不仅注重科研成果的产出，同时还关注成果的应用化潜力。你值得拥有哦！
**Q：**未来产业化计划如何？
**A：**正在实验室以该材料作为正极材料做软包电池，软包电池没问题的话，下一步拟开展该材料的产业化问题。