钠离子电池技术的新进展可能最终为取代无处不在的锂离子电池铺平道路。最新的研究涵盖了革命性的固体电解质和阴极材料，这些材料将使钠离子电池成为当前锂离子电池的高密度、快速充电替代品。
锂离子电池为地球上几乎所有便携式设备供电，从智能手表和无人机到智能手机和笔记本电脑。它们对于电动汽车和储能系统(从家庭备用系统到公用事业规模的蓄电池)的成功也至关重要。锂离子电池是一项相当新的技术，经过超过35年的研发，第一批电池于1991年上市。
多年来，这项技术已经有了很大的进步。锂离子电池相对便宜、易于制造、能量密度高、生命周期长。然而，根据化学性质，它们可能是热不稳定的。对于使用一两个电池的小型电池来说，这可能不是问题，因为这些电池很容易冷却。然而，当数百甚至数千个电池组安装在电池组内时，它们需要良好的热管理系统来防止过热。当这种情况发生时，它们可能会起火，这一过程称为“热失控”。
这就是为什么研究人员总是试图寻找新的电解质和化学物质，以改善锂离子电池不太好的领域。然而，锂离子电池总是需要权衡，这意味着在不破坏其他特性的情况下改进某些东西是不可能的。例如，磷酸铁锂电池是锂离子电池技术的最新热潮，它比其他锂离子化学电池更安全，寿命更长。然而，它们的能量密度低得多，充电速度也较慢，尤其是在寒冷的情况下。
锂离子电池还存在一个缺点，即大多数性能最高的电池都使用昂贵、难以找到或难以加工的关键原材料。这就是为什么LFP电池尽管有缺点但仍然如此受欢迎。这些电池使用铁而不是镍和钴，这使得它们比镍基电池更便宜、更环保。然而，研究人员认为有比磷酸铁锂更好的电池类型，尽管它们还无法与锂离子电池竞争。
人们主要致力于开发固体电解质而不是目前的液体电解质。从理论上讲，它们可以提供更高的能量密度，并且由于不易燃而更安全。然而，由于电池在充电和放电过程中会膨胀和收缩，它们会产生裂纹，从而使枝晶在电极之间生长。树突迟早会使电极短路，从而破坏细胞。这个问题多年来一直困扰着研究人员，这是商用固态电池的最后障碍之一。
其他研究团队致力于寻找比目前锂离子电池中使用的材料性能更好的新材料。尽管锂看起来储量丰富，但开采和加工仍然具有挑战性。另一方面，钠随处可见，而且价格便宜得多，同时与锂具有许多相同的特性。这就是为什么钠离子电池成为寻求用更好或至少更便宜的东西取代锂离子电池的自然发展的原因。
钠离子电池有很多优点，但也许最重要的是它们可以使用与锂电池相同的工业流程来制造。其他好处包括提高安全性以及能够放电至零伏而不影响其完整性。主要缺点是能量密度较低(即使与性能最差的磷酸铁锂电池相比)以及充电时间较长。
然而，最近的进展有望消除这些问题，并使钠离子电池成为替代锂离子电池的首选解决方案。上个月，大阪都立大学的研究人员宣布，他们开发出了固态钠电池中高电导率电解质的大规模合成工艺。他们的大规模合成工艺生产出具有世界上报道的最高钠离子电导率的固体硫化物电解质。它还创造了具有高成型性的玻璃电解质，使其能够变形而不会产生裂纹。
新开发的工艺可用于生产几乎所有含钠硫化物材料，包括固体电解质和电极活性材料。大阪都立大学副教授AtsushiSakuda认为，这将成为开发未来全固态钠电池材料的主流工艺。
大约在同一时间，德国卡尔斯鲁厄理工学院的一个团队开发出了一种突破性的固体电解质，可以显着提高电池在室温下的性能。这种电解质被称为NYZS，因为它含有钠(Na)、钇(Y)、锆(Zr)和硅(Si)，可增强离子在室温下的有效传导，这对于实际储能应用至关重要。NYZS电解质具有高离子电导率和卓越的电化学稳定性，可承受超过10伏的电压。
然而，韩国科学技术院(KAIST)的一个团队可能有了更大的发现，将大大提高充电速度。KAIM团队用超级电容器使用的材料替代了普通电池正极材料，创造了一种高能量、高输出、能够快速充电的混合钠离子电池。
该混合系统通过将电池正极材料与电容器负极材料相结合，具有存储容量高、充放电速度快的优点。然而，最大的挑战是改善电池正极相对较慢的储能速度以及电容器负极材料较低的储能容量。结果是钠离子电池具有247Wh/kg的高能量密度和超快速充电能力，适合用于电动汽车。