韓國又開新賽道？鈉離子混合電池重大突破？幾秒鐘就可以充滿電

今天看到一個神一般的電池！幾個新聞都說，韓國最新研發出一種混合型鈉離子儲能系統（SIHES），將電池和電容結合起來，能量密度可媲美鋰離子電池，但卻只要幾秒鐘就可以充滿電，這也太誇張了吧，鈉電池又便宜又安全，要真是這樣，未來還有鋰離子電池什麼事呢？事實真相究竟是什麼呢？

這項研究來自韓國科學技術院，並不是完全的鈉離子電池，而是電池和電容結合的混合儲能系統。我們都知道電池能量密度大，充放電慢，而電容能量密度低，但充放電速率極快，理論上把兩者結合起來，確實可以取長補短，提升系統的能量密度和充放電速率。

事實上電池和超級電容混合儲能已經廣泛應用於電網頻率調節和應急備用電源、工業設備和重型機械、可再生能源儲能以及電動汽車的能量回收系統等領域，不過這種混合系統的電池和電容都是獨立的，通過直流/直流轉換器、充電控制器及控制系統和軟件等集成在一起，實現高效的能量管理和分配。

韓國的這項研究，則是直接把用於電池的負極材料和用於超級電容器的正極材料集成在一起，製成電池電容混合的鈉離子儲能系統，在這種混合電池中，負極材料通過快速的離子轉換來提供持續的能量輸出，而正極材料則依靠高表面積和優異的電化學活性來實現快速充放電，從而優化電池的整體性能，在提供高能量密度的同時也能快速響應功率需求，非常適合需要高能量和高功率輸出的應用場景，如電動車輛和大規模儲能系統。

具體來說，這種電池利用微細的硫化鐵顆粒嵌入到富含硫的碳/石墨烯網絡中，形成高容量、高充電速率的負極材料，可以實現快速的離子傳輸及輕鬆的電子傳導；正極則是利用合成的沸石咪唑酯框架衍生多孔碳（ZDPC），具有高容量和高速離子傳輸能力，可以支持電池快速且頻繁地充放電。

電池結構和原理現在基本搞懂了，那麼最重要的幾秒鐘就可以充滿電究竟是怎麼回事呢？由於各篇報道都集體遺忘了，我也是百思不得其解，後來看到韓國研究人員說這種混合型鈉離子電池的能量密度已達247Wh/kg，功率密度34,748W/kg，才一下子恍然大悟，這個功率密度是不是已經逆天了？

一般來說，目前的商用鋰離子電池，能量密度通常在150至260Wh/kg之間，功率密度通常可達100至1500W/kg，但和這種電池比起來是不是弱爆了？功率密度決定着電動汽車的充放電速度及加速性能，簡單算一下，能量密度247Wh/kg、功率密度34,748W/kg，只需要把兩者相除，就可以算出理論上的充電時間，0.0071小時，也就是26秒！所以幾秒鐘充滿電太誇張了，明明是26秒嘛！

不過這確實也太驚人了，再加上它5000次循環充放電後庫侖效率仍保持100%，這意味着它根本就不存在電池衰減一說，壽命堪比南山不老松，還有鈉離子電池的本質安全性和低廉成本，完全可以吊打現有的鋰離子電池了。

當然，這些數據都還是實驗室數據，看起來美麗，但實際應用會怎樣，究竟什麼時候能量產，可能還有待實踐的檢驗。總結一下就是，這是一種區別於現有電池技術的，把電池和超級電容高度集成的新型混合電池，提供了一種可能在電子設備、電動汽車以及大規模電網系統中應用的低成本、高性能鈉離子混合儲能技術的新思路，可以實現高能量密度和快速充電能力的雙重目標，爲未來的能源存儲技術發展開闢了新的方向。如果得到驗證，無疑是一項可能影響未來的重大突破，將可能開闢一條新的電池賽道。

這項研究發表在4月的Energy Storage Materials雜誌上。

標題：Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103368