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倫敦帝國理工學(xué)院發(fā)明新技術(shù) 助力鈉離子電池取代鋰離子電池

時間:2021-08-21 15:40來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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(圖片來源:倫敦帝國理工學(xué)院)
 
         據(jù)外媒報道,倫敦帝國理工學(xué)院(Imperial College London)的研究人員開發(fā)出一種新技術(shù),可以使更可持續(xù)的鈉離子電池取代鋰離子電池。通過從造紙工業(yè)的廢棄副產(chǎn)品木質(zhì)素中制備碳,研究人員提高了鈉離子電池的能量密度、可持續(xù)性和安全性。研究成果已發(fā)表于期刊《Energy and Environmental Science》,可在全球向更清潔能源的過渡中發(fā)揮重要作用。
 
          取代鋰離子電池
 
          鋰離子電池通常用于眾多電氣設(shè)備,但隨著全球鋰資源迅速減少,以及采礦作用中產(chǎn)生大量碳排放,市場開始尋求更加可持續(xù)的替代解決方案。而鈉離子電池經(jīng)優(yōu)化就可以作為替代品,并應(yīng)用于電動汽車。然而,目前的鈉離子電池還不能與鋰離子電池的能量容量相比,且存在一定的安全風(fēng)險。
 
         提高電池能量容量的關(guān)鍵在于負(fù)責(zé)提供能量存儲功能的負(fù)極的材料及其設(shè)計。盡管理論上,鈉陽極具有超高容量,但仍需要進一步的研究來釋放由金屬鈉陽極制成的電池的潛力,并解決因該材料具有的高反應(yīng)性所帶來的安全風(fēng)險。
 
         為應(yīng)對上述挑戰(zhàn),化學(xué)工程系的Titirici小組采用鈉沉積木質(zhì)素衍生的碳墊代替鈉電池中的大塊金屬,進而開發(fā)出一種解決方案。
 
         該論文通訊作者Magda Titirici教授表示:“非常開心可以看到在電池領(lǐng)域中使用木質(zhì)素的新機遇,該材料對于開發(fā)全新納基技術(shù)也極具潛力。而通過采用納基技術(shù),我們可以打造出高性能、安全和更可持續(xù)的電池,進而徹底改變電動汽車領(lǐng)域。”
 
         在這項研究中,木質(zhì)素墊由名為“靜電紡絲”的工藝產(chǎn)生,其中木質(zhì)素纖維的紡紗方式類似于蜘蛛在自然界中織網(wǎng)的方式。隨后,纖維會被碳化以在材料結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生許多缺陷,從而使金屬鈉(負(fù)責(zé)能量存儲的元素)能夠更加均勻和穩(wěn)定地沉積,進而增加能量容量。
(圖片來源:倫敦帝國理工學(xué)院)
 
         通過將金屬鈉與特制的基于木質(zhì)素的碳相結(jié)合,可以保留和利用能量容量優(yōu)勢,同時降低因枝晶堆積引起的電池短路安全風(fēng)險。與其他方法相比,該過程碳化木質(zhì)素所需的熱量更少,進一步減少了制造過程中的碳足跡。
 
         未來計劃
 
         鈉離子電池在能源領(lǐng)域顯示出巨大的前景,但迄今為止,其能量容量仍十分有限,無法實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。此次研發(fā)的新技術(shù)可以使鈉離子電池在更多領(lǐng)域取代鋰離子電池,如電動汽車等大型產(chǎn)品。
 
         合著者Zhen Xu表示:“我們的研究表明鈉離子電池在可持續(xù)能源未來將發(fā)揮重要作用。目前,我們希望與工業(yè)界合作,實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模技術(shù)開發(fā),并探索新的鈉離子電池應(yīng)用。”研究團隊將繼續(xù)微調(diào)該技術(shù),采用不同電芯進行實驗并開展進一步的研發(fā)。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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