日本研發硬碳電極材料制高容量鈉離子電池 能量密度比鋰電池高19%
時間:2020-12-16 09:17來源:蓋世汽車 作者:Fairy
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高成本效益的可充電電池幾乎是所有便攜式電子設備的核心部件，而此類電子設備在現代日常生活中隨處可見。此外，可充電電池還是電動汽車以及可再生能源系統的必備部件，也是各種醫療設備的支持者，并且作為電子傳感器和攝像頭的能源，促進了各領域的研發工作。因此，很多人都在投入大量的精力研發更好、更便宜的可充電電池。
截至目前，可充電電池因在容量、穩定性、價格和充電時間等方面擁有良好的性能，一直是市場中的首選電源。不過，鋰以及鈷和銅等稀有且昂貴的金屬并不是地殼中儲量最豐富的材料，對此類材料需求的不斷增長也很快在全球范圍內導致了供應問題。
據外媒報道，日本東京理工大學（Tokyo University of Science）的Shinichi Komaba教授與同事一直致力于找到解決方案，尋求利用儲量豐富的替代材料研發可充電電池，從而解決這一日益惡化的難題。
最近，該團隊發現了一種高效的方法，可為鈉離子電池生產新型碳基材料。該團隊以氧化鎂（MgO）作為硬碳（hard carbon）內部納米孔的無機模板，重點研究了作為可充電電池負極的高孔材料硬碳的合成。
研究人員探索了一種不同的技術混合該氧化鎂模板的成分，以精確地調整硬碳電極的納米結構。在經過多次實驗和理論分析之后，研究人員闡明了最佳制造條件和成分，以生產此種容量達 478 mAh/g的硬碳，這也是此種材料的容量達到了有史以來的最高水平。
Komaba教授表示：“截至目前，用于鈉離子電池的碳基負極電極的容量一般約為300至350 mAh/g，雖然曾經有報道表示可達到438 mAh/g，但是必須在1900℃以上的高溫下進行熱處理才可實現。相比之下，我們采用的熱處理溫度只為1500°C，相對較低。”溫度越低，能耗也就越低，成本也越低，對環境造成的影響也會越小。
新研發出的硬碳電極材料的容量十分驚人，甚至超越了鋰離子電池常用負極電極材料——石墨（372 mAh/g）的容量。此外，盡管配備了此種硬碳負電極的鈉離子電池的運行電壓理論上為0.3V，低于標準鋰離子電池，但是容量更高會實現更大的重量能量密度（1600 Wh/kg與1430 Wh/kg），即能量密度提升了19%。
未來，研究人員還需要進一步研究以驗證該材料應用于真正的鈉離子電池時，是否具有優越的收入、能量輸入輸出功能以及低溫運行功能。如果夠幸運，可能會見證到下一代可充電電池的誕生。
(責任編輯：子蕊)
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