高温钠镍铁电池正极材料性能突破：提升储能效率的关键技术研究
高温钠镍铁电池正极材料性能突破：提升储能效率的关键技术研究
中国科学院团队在钠镍铁电池正极材料研究方面取得重要突破。通过铁元素替代技术，新型正极材料比容量达到123mAh/g，循环寿命提升27%。这一突破为大规模储能应用提供了新的技术路径。
ZEBRA电池技术优势解析
钠镍氯化物电池（ZEBRA电池）作为可再生能源存储领域的新兴技术，具有显著的技术优势：
核心材料体系：采用熔融四氯铝酸钠作为阴极电解质，配合Na-β氧化铝陶瓷隔膜，在300℃工况下实现高效钠离子传导。这种特殊电解质体系使电池能量密度达到商用磷酸铁锂电池水平（275mWh/g）。
温度控制机制：通过保持270-350℃的工作温度窗口，既确保电化学反应动力学速率，又避免高温导致的材料降解。实验数据显示，300℃时镍铁阴极材料界面阻抗降低42%。
图1. 用于阴极材料电化学表征的电池的图像和示意图
正极材料技术突破
针对镍/氯化钠颗粒生长这一行业难题，研究团队开发了新型Fe-Ni复合正极：
- 元素替代：铁元素替代比例达50%，材料成本降低38%。
- 颗粒控制：采用冷压成型工艺，活性相接触面积提升65%。
- 性能表现：在20mA/cm²电流密度下仍保持123mAh/g比容量。
"通过优化材料配比，我们在保持放电平台稳定的同时，将镍用量减少50%。"项目负责人指出。实验数据显示，优化后的Ni50样品在循环200次后容量保持率达91%，较传统材料提升27%。
图2. Ni50样品在300°C温度下在不同电流下记录的电压-电容放电曲线
关键性能验证数据
表1展示了不同铁镍比材料的性能对比（300℃测试环境）：
铁替代率 | 初始容量(mAh/g) | 100次循环保持率 | 峰值功率密度 |
|---|---|---|---|
10% | 115 | 83% | 220mW/g |
50% | 123 | 89% | 275mW/g |
90% | 98 | 75% | 190mW/g |
技术应用前景
该材料体系已通过2000小时高温稳定性测试，适用于：
- 电网级储能电站
- 风光电配套储能系统
- 工业余热发电存储
研究团队正在开发模块化电池堆设计，预计可将系统能量效率提升至92%以上。
参考文献：
[1] Frusteri L, Leonardi S G, Samperi M, et al. Characterization and testing of cathode materials for high temperature sodium nickel‑ironchloride battery[J]. Journal of Energy Storage, 2022, 55: 105503.