研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新技術(shù)，可以使鋰電池被更可持續(xù)的替代品取代。

倫敦帝國(guó)學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種技術(shù)，可以使鋰離子電池過渡到鈉離子電池。通過從木質(zhì)素（造紙業(yè)的一種廢棄副產(chǎn)品）中制備碳，研究人員改善了鈉離子電池的能量密度、可持續(xù)性和安全性。該成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》上，可在全球向更綠色能源的過渡中發(fā)揮重要作用。

取代鋰離子電池

鋰離子電池通常用于許多電氣設(shè)備，但全球鋰資源正在迅速減少，采礦作業(yè)產(chǎn)生了大量碳足跡。鈉離子電池可以提供一種可持續(xù)的替代品，如果經(jīng)過優(yōu)化，可以用于電動(dòng)汽車。然而，目前的模型尚未與鋰的能量容量相匹配，并構(gòu)成一些安全風(fēng)險(xiǎn)。

提高電池能量容量的關(guān)鍵在于陽(yáng)極的材料和設(shè)計(jì)，它提供了能量?jī)?chǔ)存功能。盡管它們具有超高的理論容量，但仍需要進(jìn)一步研究以釋放用金屬鈉陽(yáng)極制造的電池的潛力，并解決這種材料的高活性所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

化學(xué)工程系的Titirici小組已經(jīng)接受了這一挑戰(zhàn)，并開發(fā)了一種解決方案，即用鈉沉積的木質(zhì)素衍生的碳?jí)|取代鈉電池中的大量金屬。

木質(zhì)素納米纖維的電紡和獲得的碳?jí)|的結(jié)構(gòu)。資料來源：ZhenXu/倫敦帝國(guó)學(xué)院

通訊作者M(jìn)agdaTitirici教授說。"看到木質(zhì)素在電池領(lǐng)域利用的新機(jī)會(huì)及其開發(fā)新的鈉基技術(shù)的潛力是令人激動(dòng)的，這可能會(huì)通過創(chuàng)造高性能、安全和更可持續(xù)的電池來徹底改變電動(dòng)汽車領(lǐng)域。"

紡紗網(wǎng)

在這項(xiàng)研究中，木質(zhì)素墊的生產(chǎn)采用了一種被稱為"電紡"的工藝，木質(zhì)素纖維以類似于自然界中蜘蛛織網(wǎng)的方式被紡出。然后，這些纖維被碳化，在材料結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生許多缺陷。這些缺陷支持金屬鈉的均勻和穩(wěn)定沉積，金屬鈉是負(fù)責(zé)能量?jī)?chǔ)存的元素，導(dǎo)致能量容量增加。

通過將金屬鈉與特別定制的木質(zhì)素基碳結(jié)合起來，能量容量的優(yōu)勢(shì)得以保留和利用，同時(shí)減少了與樹枝狀物堆積有關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)--樹枝狀物會(huì)導(dǎo)致電池短路。

與其他方法相比，該工藝還需要更少的熱量來使木質(zhì)素碳化，這進(jìn)一步減少了制造過程中的碳足跡。

下一步

鈉離子電池已在能源領(lǐng)域顯示出巨大的前景，但其有限的能量容量迄今限制了其廣泛的應(yīng)用。這項(xiàng)新技術(shù)可以使它們?cè)诒饶壳案鼜V泛的范圍內(nèi)取代鋰離子電池，并被用于像電動(dòng)汽車那樣大的產(chǎn)品。

共同作者ZhenXu補(bǔ)充說："我們的研究表明，鈉離子電池在可持續(xù)能源的未來中發(fā)揮著巨大的潛力?，F(xiàn)在我們希望與工業(yè)界合作，在工業(yè)規(guī)模上開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，并探索鈉離子電池的新應(yīng)用。"

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將繼續(xù)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行微調(diào)，對(duì)不同類型的電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并開展進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。