潔白的外衣、靈巧的身型，前不久，一批嶄新的電動自行車低調(diào)亮相中科院物理所園區(qū)，作為實驗用車進行更為廣泛的測試。這批外形閃亮的“小白”有顆特殊的“心臟”——鈉離子電池。
與鋰離子電池工作原理基本相同，鈉離子電池是一種可充放電電池，它依靠鈉離子在正負(fù)極之間可逆脫出和嵌入實現(xiàn)能量存儲與輸出。聽起來簡單，但將其中的關(guān)鍵技術(shù)一一攻克并非易事，中國科學(xué)院物理研究所研究員、北京中科海鈉科技有限責(zé)任公司創(chuàng)始人胡勇勝帶領(lǐng)他的研究團隊，一干就是10年。
“如果失敗了呢？”
“從來沒有想過這個問題?！泵鎸ψ穯?，語速飛快的胡勇勝沖著經(jīng)濟日報記者靦腆一笑。
如今回望，那時胡勇勝的選擇，不可謂不冒險。2010年，剛剛從海外學(xué)成歸來的胡勇勝滿懷熱忱，將研究目標(biāo)對準(zhǔn)了當(dāng)時的“大冷門”——鈉離子電池時，質(zhì)疑聲紛至沓來。胡勇勝記得，2013年，一家全球知名的鋰電池公司對其研究做了一次內(nèi)部評估，結(jié)論是：不看好。
既然如此，為何還要“明知山有虎，偏向虎山行”？胡勇勝扶了扶眼鏡，回憶起當(dāng)年挑戰(zhàn)鈉離子電池的初衷：在所有電池技術(shù)中，鋰離子電池的綜合性能最優(yōu)秀，但鋰資源儲量有限，我國80%鋰資源依賴進口。如此一來，鋰離子電池很難同時滿足我國大規(guī)模儲能、電動交通工具以及消費電子的需求。
與之形成鮮明對比的是，鈉資源儲量豐富、分布廣泛、成本低廉、環(huán)境友好，而且鈉離子電池生產(chǎn)還可兼容鋰離子電池現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備?！皩夷茉窗踩裕覈幕緡闉殁c離子電池中國產(chǎn)業(yè)化提供了發(fā)展土壤?！焙聞僬f。
理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。正極、負(fù)極、電解質(zhì)，作為組成電池的三大核心材料，一直是學(xué)界、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域研發(fā)的重點。其中，正極材料不僅決定著電池的性能和成本，也是電池容量、電池能量密度能否進一步提高的關(guān)鍵。
怎樣才能找到既便宜、性能又好的正極材料？從名目繁多的化學(xué)元素周期表上篩選出有效活性元素，就好像在沒有提示的情況下走出迷宮，問題與答案都不確定，胡勇勝這一試就是3年。時過境遷，胡勇勝已不記得當(dāng)初究竟試驗了多少種正極材料。他只記得一次偶然的機會，忽然想到兒時老家收破爛的人常說的一個詞“破銅爛鐵”?！皩ρ?，銅！”一直為找不到正極材料苦悶的胡勇勝突然有種醍醐灌頂?shù)母杏X。
的確，與一些貴金屬元素相比，銅相對便宜，其成本只有鈷的四分之一、鎳的二分之一，但是它的“短板”也很明顯——在鋰電池中沒有活性。那么，對于鈉離子電池，銅會不會是個例外？又用了兩年時間，胡勇勝給出了答案：單純的銅和鈉不會產(chǎn)生活性反應(yīng)，但選用鈉銅鐵錳這4個化學(xué)元素以合理的比例合成正極材料，不僅具有活性，而且成本足夠低廉，這使得鈉離子電池的成本優(yōu)勢更加突出。
正極材料的研發(fā)暫告一段落，負(fù)極材料的研發(fā)很快提上日程。經(jīng)過不懈努力，胡勇勝最終研制出了無煙煤基鈉離子電池負(fù)極材料。
就這樣一點點摸索著前進，胡勇勝帶領(lǐng)他的研究團隊一路披荊斬棘，陸續(xù)研發(fā)了低溫/室溫鈉離子電池新型正極材料、電解質(zhì)材料和負(fù)極材料，為鈉離子電池的實用化奠定了基礎(chǔ)。基于具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的材料體系，他們在全球首次實現(xiàn)了鈉離子電池的量產(chǎn)，每個月可以生產(chǎn)30萬支電芯，并推出了全球首輛鈉離子電池低速電動車和全球首座100千瓦時鈉離子電池儲能電站。目前，其研發(fā)的鈉離子電池的能量密度已達120瓦時/千克，是鉛酸電池的3倍左右。
“今后，低成本鈉離子電池有望在低速電動車、電動船、家庭儲能、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域獲得應(yīng)用?！泵嫦蛭磥?，胡勇勝坦言，盡管鈉離子電池的綜合性能現(xiàn)在已經(jīng)向鋰離子電池靠近，在成本方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，儲存相同的能量，成本比鋰離子電池低30%左右，但并非要取而代之。
“我們希望它能夠在未來成為鋰離子電池的有益補充，為我國能源安全和社會可持續(xù)發(fā)展提供保障?！焙聞僬f。
本報記者 沈 慧
