文 献 综 述

1引言

随着电子和汽车行业的不断发展，市场上对低成本的、可靠的、高能量密度的可充电电池的需求持续增长。目前电池的研究重点正在向锂离子电池发展，但全球锂资源储量有限，随着锂离子电池的普及推广，锂将成为全球下一个”石油”资源。而钠存储量极为丰富，成本低廉，以此为负极的钠/金属氯化物电池（又称ZEBRA电池）因其具有高能量密度、高存储效率、长循环寿命、维护简便以及技术相对成熟等优点，目前已引起了广泛关注，并被开发作为锂离子电池的替代品。

尽管ZEBRA电池具有以上众多优点，但 300℃的工作温度以及电池启动时间长，密封难度高大大限制了其应用领域。并且熔融Na和NaAlCl₄可能腐蚀陶瓷管和密封部位，加速其老化。此外，ZEBRA电池需要额外的热管理系统，从而增加了电池组成本，并降低了其能量密度。因此找到一种既能满足ZEBRA电池原有优点，又能降低其运行温度的方法迫在眉睫。

2 ZEBRA电池的工作原理

ZEBRA电池由南非科学家J. Coetzer提出，目前商业化的ZEBRA电池（钠/氯化镍电池）正极材料主要采用NiCl₂（或掺杂少量FeCl₂），电解质为管状BASE和熔融状态的NaAlCl₄（mp=185℃）。该电池的负极活性物质为熔融钠（液态Na），正极活性物质为固态氯化镍，正负极活性物质之间用β″-Al₂O₃(s)陶瓷（一种只允许钠离子迁移的固体电解质材料）隔开。由于正极材料是固态多孔NiCl₂，所以添加的NaAlCl₄熔盐可充当第二液体电解质在β″-Al₂O₃(s)表面与固态多孔镍之间起传导钠离子的作用。电池表达式和所涉及的充放电反应分别如下 ：

(-) Na(l)/β″-Al₂O₃(s)/NaAlCl₄(l)/ NiCl₂(s)/Ni(s) ( ) (1-1)

(1-2)

其电极反应过程是：在放电时电子通过外电路负载从钠负极至氯化镍正极，而钠离子则通过β″-Al₂O₃(s)固体电解质陶瓷管与氯化镍反应生成氯化钠和镍；充电时在外加电源作用下，电极过程则正好相反。

3 ZEBRA电池的主要特性

ZEBRA电池作为在Na/S电池基础上发展起来的新型高能电池具有许多势，具体表现为：

（1）开路电压高（300℃时为2.58V，高于Na/S电池）；整系统能量密度120Wh/kg，功率密度180W/kg;循环寿命长；成本低廉。

（2）温度运行区间（270℃-350℃）宽且低于Na/S电池（350℃-400℃）。