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研究人員提出5種策略突破鈉離子電池中碳基材料的局限性

時間:2021-01-28 08:59來源:蓋世汽車作者:劉麗婷

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（圖片來源：韓國海事和海洋大學(xué) ）

人們越來越意識到，環(huán)境危機(jī)迫在眉睫，因此科學(xué)家們開始積極尋找可持續(xù)的能源。可充電電池（如鋰離子電池）被迅速普及，與此同時，“綠色”技術(shù)產(chǎn)品，如電動船和其他電動車輛也得到了不斷發(fā)展。但由于鋰資源稀有且難以分配，其可持續(xù)性受到質(zhì)疑，同時還存在成本急劇上升的風(fēng)險。

因此，研究人員轉(zhuǎn)向研究鈉離子電池（SIBs），其在電化學(xué)方面與鋰離子電池類似，并具有更多鈉離子、生產(chǎn)成本更低等優(yōu)點。但是，當(dāng)前SIBs中的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極材料為石墨，而石墨在鈉離子的作用下熱力學(xué)會不穩(wěn)定，因此會導(dǎo)致電池可逆容量（存儲能力衡量標(biāo)準(zhǔn)）和性能降低。

據(jù)外媒報道，韓國海事和海洋大學(xué)的研究人員開始尋找一種適用于SIBs的非石墨負(fù)極材料。首席科學(xué)家Jun Kang博士稱：“由于SIBs的性能不佳，僅為鋰離子電池容量的1/10，因此找到一種可以替代石墨，同時又保持其成本低且穩(wěn)定特質(zhì)的高效負(fù)極材料至關(guān)重要。”

科學(xué)家們公布了以下策略，以突破SIBs中碳基負(fù)極材料的局限性：（1）采用分層的多孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)Na+從電解質(zhì)的主體區(qū)域快速遷移到活性物質(zhì)界面；（2）保留Na+遷移至界面的較大比表面積，從而在活性材料中可被訪問；（3）保留能夠從表面到內(nèi)部共嵌入的表面缺陷和孔結(jié)構(gòu)；（4）保留由缺陷和孔隙插入到活性材料中的Na+中的納米結(jié)構(gòu)，這些缺陷和孔隙具有短擴(kuò)散路徑；（5）增加活性位點的數(shù)量，因為元素通過異質(zhì)元素?fù)诫s而產(chǎn)生外在缺陷。這些策略顯著改善了電池的電化學(xué)性能，甚至超越當(dāng)前鋰離子電池。

在之前的兩項研究中，研究人員使用磷和硫元素成功對以上策略進(jìn)行了測試。Kang博士對此項技術(shù)的潛在應(yīng)用非常樂觀，如電動船和電動車輛、無人機(jī)及高性能CPU。他表示：“這五個策略可提供良好的容量保持能力、可逆容量、超高循環(huán)穩(wěn)定性、高初始庫倫效率（80％）和出色的倍率性能。這意味著，即使使用率很高，電池壽命也會很長。”

鑒于鈉離子比鋰離子更具優(yōu)勢，因此，此項研究發(fā)現(xiàn)將給可持續(xù)、廉價、高性能電池的工程設(shè)計帶來重大影響，使人類距未來的節(jié)能世界更進(jìn)一步。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池鈉離子電池石墨負(fù)極材料碳基負(fù)極材料

作者：劉麗婷，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://www.www.astra-soft.com/qianyan//2021012835327.html

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