記者4月17日獲悉，南開大學陳軍院士領銜完成的“鈉離子電池關鍵電極材料與反應機制”項目，獲得2020年度高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎（科學技術）自然科學一等獎。鈉離子電池被科學界普遍認為極具發(fā)展前景，然而能量密度較低，循環(huán)壽命較短、倍率性能欠佳等問題，制約著鈉離子電池的轉化應用。陳軍院士團隊十余年潛心研究，一舉突破了鈉離子電池關鍵電極材料和反應調控機制等關鍵核心難題，為發(fā)展高性能鈉離子電池開辟了道路。

能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質基礎，是國民經(jīng)濟、國家安全和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基石。隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展和“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略目標的提出，調整能源結構迫在眉睫，大力發(fā)展可再生能源是必然選擇。

在開發(fā)利用可再生能源過程中，電化學儲能技術發(fā)揮著越來越重要的作用。在眾多的電化學儲能技術中，鋰離子電池已在便攜式電子設備和新能源汽車中占據(jù)主導地位。

“然而，鋰豐度低，資源分布不均勻，約70%集中在南美洲，我國80%的鋰資源依賴進口，引發(fā)了人們對鋰儲量的普遍擔憂。另外，鋰離子電池的安全隱患也難以滿足大規(guī)模儲能的應用需求。”陳軍說。

鑒于對原材料儲量以及電池安全性、穩(wěn)定性的擔憂，人們努力尋找能夠替代鋰離子電池，可大規(guī)模應用且環(huán)境友好的下一代電化學儲能技術。

鈉與鋰位于同一主族，具有很多相似的物理化學性質，且鈉資源豐富、分布廣泛、成本低廉，另外鈉離子電池快速充放電時負極不易析鈉，安全性高。鈉離子電池工藝、技術各方面也與鋰離子電池相近，可以借鑒使用。因此，鈉離子電池被認為是極具潛力的下一代電化學儲能技術。

“不過，由于鈉離子半徑大，儲鈉過程材料結構變化復雜，導致鈉離子傳輸擴散速率慢，電極材料儲鈉活性位點及利用率不足，電極/電解質表界面穩(wěn)定性差。”陳軍介紹，這些問題造成鈉離子電池能量密度、循環(huán)壽命與倍率性能欠佳。”

針對上述科學難題，陳軍院士團隊十余年潛心研究，提出了鈉離子電池中關鍵電極材料的微納結構結構設計原則，以及電壓/電解液協(xié)同誘導下電化學反應機制的調控方法，構筑了超高比能量錳基氧化物正極和超快鈉離子輸運能力的多孔微納碳包覆聚陰離子型正極，高容量金屬硫族化合物負極及原位預鈉化快速可逆脫嵌鈉硬碳負極，研獲了基于無機-有機雜化鈉鹽的新型對稱有機鈉離子電池。這些創(chuàng)新工作為發(fā)展高性能鈉離子電池提供了重要理論基礎和實驗支撐，促使鈉離子電池儲能上了一個新臺階。

在深耕基礎研究的同時，陳軍院士團隊積極推動科研成果向應用技術轉化的進度，相關成果獲多項中國發(fā)明專利授權，并與天津捷威動力工業(yè)有限公司、深圳欣旺達電子股份有限公司、廣東嘉元科技股份有限公司、安徽理士國際技術有限公司等知名電池企業(yè)開展產(chǎn)學研合作，共建國家企業(yè)技術中心。同時，與河北省滄州市政府共建南開大學-滄州渤海新區(qū)綠色化工研究院，部分鈉電池關鍵電極材料正在進行中試放大與應用轉化，服務京津冀協(xié)同發(fā)展。