钠离子电池用于新能源汽车（碳纳米管电极新技术）

能量储存技术的进步总是让人感到兴奋，现阶段影响电池功率的最大挑战和限制因素之一，就是用于制造电极的设计和材料具有较低的热传导和电传导性能，以及在充电过程中所产生的不良机械行为。此外，这些材料还很容易被分解。例如，在锂离子电池中枝晶的产生会直接影响电池的安全和寿命。那么，有没有一种技术可以让电极更加稳定，让使用寿命更加长久，可以兼容不同类型的电池呢？

电池

法国初创公司那瓦科技(Nawa technology)宣称自己制造出了一种“超级”电极，它不仅可以缩短充电时间，还可以将电池功率提升10倍左右，将电池容量提升3倍，将电池寿命提升5倍，那瓦科技以生产“超级”电容器而闻名，而这种电极则使用了相似的技术，它可以被用在锂离子电池中，来提高纯电汽车的行驶性能。其实，这项技术的关键就是活性物质在电极中的保存方式，以及离子传递电荷的路径。传统的活性炭电极是由粉末、添加剂以及粘合剂制成的，通常情况下它们被杂乱无章地粘在一起，也正因如此，带电粒子常以无规则、无顺序的路径到达用电器，而且它们经常会阻塞线路。

传统电极示意图

相反，那瓦科技的电极是一种垂直排列的碳纳米管结构，它看上去就像是一把毛刷，有很多个高导电纳米管从中伸出，它们聚集在一起就行成了微小而牢固的电极。然后，再在这些电极表面涂上活性材料，不要小看了这一点改变，它会让离子的运动速度成倍的增长，也就是说，在锂材料中 现在它只需要移动几纳米，而并非过去需要横穿整个平面电极，这将有效提高功率密度，从而加强电池的快速充电能力。

这意味着新技术电池的电量将会比之前提高10倍左右，而充电时间也将会相应地缩短。根据那瓦科技的数据，在配备配套充电基础设施的情况下，5分钟内就可以将电池从0充电至80%，这对于电动汽车来说无疑是一次飞跃，由于这些超轻纳米管之间并不存在间隙，所以并不需要粘合剂跟添加剂，这就使得新型电池的重量更轻，结构也更加简单。不仅能量密度会提高2-3倍，电池性能以及使用寿命也将得到大幅度提升。想成为这样一块优秀的电池必须满足多种条件，其中，最主要的因素之一就是优良的电导率和热导率，而这正是这种新型碳材料所具有的显著特点。

碳纳米管跟石墨烯电极对比示意图

那么，这种材料到底贵不贵？是不是真的适合市场化的批量生产呢？其实新型电极的生产，跟在光伏板内安装抗反射涂层的成本大致相同，所以，如果一旦量产将会给传统电极带来极大的冲击，在未来的若干年内，垂直排列纳米管的增长速度将会是非常迅速的。总的来说，纳米碳管电极技术相对中性，兼容性也很强，它不仅可以被用在像圆柱形或扁平的不同外形的电池中，还可以用于像锂、硅、镍、镁、钴和硫等不同化学活性材料的专业电池中。

除此之外，它还解决了在某些电池中的化学物质无法发挥其全部潜能的问题。我们都知道，硅基电池的能量密度大概是锂离子电池的2倍，但是在充电的时候，其中的活性材料会膨胀到原始尺寸的4倍，在放电过程中又会急剧收缩，最终导致电池破裂。碳纳米管有着更大的空间以及更坚固的框架，高强度可以避免由于发生膨胀而被破坏，在硅基电池中可以把纳米碳管看作是一个导电碳壳，将它固定在一个适当的位置上，就可以有效避免电池极具膨胀和收缩情况的发生。如果成功，硅基电池也许会重回巅峰，它的能量密度将再翻一倍，几乎是锂离子电池的6倍。同时，因为减少了稀有金属的使用，它的价格也将会大幅度降低。

几种不同材料电极属性参数对比

那瓦科技预计在2022年底或2023年初，这种高密度产品的简易版本可能会上市销售。2023年后，完全功能版将跟大家见面。不过，我倒是对它的上市时间持保留态度，纳米碳管电极技术想要得到更好的发展，就必须依托于锂硫、锂硅或者是更加先进的NMC材料电池制造商，如果确定要更换电极，电池制造商就需要对多种工艺进行重大调整，毕竟想不增加额外成本又想提升电池性能，那就只能从原有的生产设备上下功夫了。更高的功率密度不仅会对电动汽车、电动摩托车以及电动自行车等地面运输工具产生革命性的影响，甚至连电气航空领域也会发生巨大的飞跃。

那么你觉得这种“纳米碳管电极电池”会取代重量大、能量密度低以及充放电时间缓慢的锂电池吗？