優勢明顯

　　從 20 世紀 80 年代末和 90 年代初開始，國外重點發展高溫鈉硫電池在固定場合下(如電站儲能)的儲能應用，并逐漸顯示其優越性。

　　2002 年開始，鈉硫電池進入商品化實施階段。目前，日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司是商品高溫鈉硫電池的主要供應商，其生產的高溫鈉—硫電池的實際比能量已大于 150Whkg-1，是鉛酸電池的3~4倍，應用目標瞄準電站負荷調平、UPS 應急電源及瞬間補償電源等。

　　不過，由于高溫鈉硫電池在移動場合下的使用條件比較苛刻，在存放空間和電池安全性方面有一定的局限性，所以尚未得到大規模應用。

　　傳統高溫鈉硫電池由于使用陶瓷電解質需在300℃以上才能工作，存在一定的安全隱患;而且在放電過程中，硫的還原也不完全，僅能生成Na2S3(完全還原時應生成Na2S)，降低了正極材料的容量和電池的比能量。

　　郭玉國告訴記者，基于液態電解質的室溫鈉硫電池，則受限于硫正極電化學活性低、放電中間產物易溶于電解液等缺點，存在正極活性物質利用率低、循環性能差等問題，嚴重影響了鈉硫電池的性能發揮和實際應用。

　　那么，能否研制出一種高比能室溫鈉硫電池規避上述問題?

　　事實上，國際上已經開展對于高比能室溫鈉硫電池的研究，但電池的循環穩定性較差，一直未取得突破。郭玉國指出：“隨著這幾年硫碳正極材料研發的進步，實現室溫下的高比能鈉硫電池的可能性也漸漸加大。”

　　在此背景之下，鑒于鋰硫電池與室溫鈉硫電池之間的相似性，郭玉國與研究團隊開創性地將小硫分子正極應用于鈉硫電池中，并配合鈉負極和碳酸酯電解液組裝出室溫下即可工作的原型電池。

　　由于該鏈狀小硫分子室溫下具有非常高的對鈉電化學活性，放電過程中可完全被還原為Na2S，從而使得其基于硫質量計算的正極首圈放電容量高達1610mAhg-1，是傳統高溫鈉硫電池中硫正極材料的理論容量的3倍。

　　而且，基于電極材料計算，該室溫鈉硫電池的首圈放電比能量可高達955Whkg-1，循環20圈后仍可穩定在750Whkg-1左右。此外，該室溫鈉硫電池還具有良好的倍率和循環性能。

　　“這種新型的高比能室溫鈉硫電池由于采用新的納米材料，加工成本明顯降低，電池回收也沒有太大問題。而且，由于脫胎自鋰硫電池，相關的工藝也已經較為成熟。”郭玉國說。

　　產業化意義重大

　　在沈宏文看來，郭玉國團隊所研發的新型鈉硫電池對于加快鈉硫電池產業化有重大意義，在核心技術層面的突破有望提升鈉硫電池的穩定性，安全性、使用效率、規模化生產都有望逐漸成為現實。

　　“這對于我國鈉硫電池研究有重大意義，未來科研機構會朝著這一方向不斷探索，以期能夠盡快攻克難關實現商業化運作。”沈宏文說。

　　顯然，沈宏文的判斷不無道理。郭玉國告訴記者，一些長期從事鋰硫電池的國外學者，在參加國際會議聽取了他的報告后，都對制備這種室溫高比能鈉硫電池產生了濃厚的興趣，“他們表示未來可能會往該領域努力”。

　　在實驗室取得決定性的成功后，研究團隊下一步計劃打算制造鈉硫軟包電池。郭玉國表示：“如果成功了就接近工業化的程度，不過加工工藝還是需要繼續摸索，相關的理論原理已經沒有問題，電池壽命將來應該能達到與鋰離子電池相當的充放電1000次左右。”

　　他認為，如果能夠借鑒鋰離子電池產業化的經驗，并且吸引足夠的企業參與研發，“也許能加快產業化的進程”。

　　但是，郭玉國強調，室溫高比能鈉硫電池畢竟只是在實驗室獲得成功，距離最終商業化仍然有較長的一段路要走，“商業化之路任重道遠，希望外界能理智客觀看待，不要出現盲目跟風炒作的現象”。

　　沈宏文也指出，鈉硫電池技術層面的突破并沒有產生實實在在的經濟效益，實驗室仍將是鈉硫電池技術攻關的主要動力。