钠空气电池是利用金属钠和空气中的氧气发生化学反应来发电的装置。与传统的锂离子电池相比，钠空气电池具有许多优势。

首先，地球上钠金属的储量极其丰富，成本低廉。其次，钠空气电池能量密度高，可以储存更多的电能，满足人们日益增长的能源需求。此外，钠空气电池还环保、安全，符合未来能源发展的方向。

如何提高钠空气电池的性能？

在实际使用中，出于成本和使用方便等考虑，钠空气电池正极通常采用空气作为燃料，电池正极与空气中的氧气发生反应，但与空气中的氧气共存的二氧化碳和水在电池反应过程中会引起严重的不可逆反应，如碳酸盐和氢氧化物的生成，从而降低电池的性能。

基于此，研究人员制备了一种新型高效钠空气电池，通过在（）固体电解质中进行可逆碳酸酯反应，实现了高电压窗口、高能量密度和高能量效率。

研究人员首先利用固相反应法合成了一种（）固体电解质，然后以镍为空气电极、钠为负极、Na为固体电解质，组装成钠空气电池。

钠空气电池结构（a.钠空气电池示意图；b、c.正极微观结构；d.正极图像；e.负极图像）（图片来源：参考文献1）

电化学测试结果表明，钠空气电池放电产物与水发生化学反应形成的正极电解质能够激活碳酸盐的可逆电化学反应，促进动力学反应过程，这是由于碳酸盐反应的充放电电位差较小，这一反应过程使得电池能够实现更高的能量效率。

在70%相对湿度的测试条件下，钠空气电池的电压平台可达3.4V，高于其他金属空气电池。

能量密度、库仑效率、能量效率是电池的重要参数，能量密度越大，电池能储存的电能越多。库仑效率与电池在充放电过程中的性能衰减密切相关，库仑效率越高，电池性能衰减越少，寿命越长。能量效率与电池能量释放与储存的比率正相关，能量效率越高，能量转换效率越高。

研究表明，该电池可以提供0.16mAh cm−2的能量密度，库仑效率达到99％，平均能量效率达到82.1％，表明该电池可以存储更多的电能，使用寿命更长，并能高效地存储和释放电能。

此外，碳酸盐的可逆电化学反应一旦在高相对湿度条件下激活，即使在低相对湿度条件下也能维持。

钠空气电池的性能（ac. 70% 相对湿度和 25°C 下钠空气电池的性能；df. 40% 相对湿度和 25°C 下钠空气电池的性能；g. 超氧化物金属氧电池与钠空气电池的比较）（图片来源：参考文献 1）

本研究设计的钠空气电池的优点在于：不需要额外的设备进行气体净化和储存，简化了电池结构，有助于提高金属空气电池的能量密度；采用地球上丰富的钠作为电池材料，可以进一步降低电池的成本。

结论

新能源汽车电池技术的突破无疑为环保事业注入了新的活力，也为消费者带来了全新的体验。随着科技的不断进步与创新，我们有理由相信，新能源汽车将在性能、安全、智能化等方面实现更大的突破，为消费者提供更加便捷、舒适、绿色的出行方式。让我们共同期待这一天的到来，共同见证新能源汽车行业的辉煌未来！

参考

[1]Park, H., Kang, M., Lee, D. 等. 在固基Na-空气中原位合成[J]. ，2024年。

[2] 张三培, 温兆银. 钠空气电池研究综述[J]. 储能科学与技术, 2016.

[3]-Simon E , Natan A , Peled E 等人在基于 Na-Air 的研究中[J]. ，2019 年。

[4]，Sun，STKim 等人。 Na-air：通过使用[J]。 ，2015 年。

策划与制作

科普中国出品

作者：石昌，物理化学博士

出品人丨中国科普博览会