用于高能钠电池的硬碳

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钠离子电池是一种很有前途的储能技术,已经在固定式储能领域实现了有限的商业化。钠离子提供了一种替代锂离子电池的方法,从而吸引了研究人员的大量关注。锂离子电池的优势在于材料更便宜,含量更丰富。 在能量密度方面,钠离子技术比锂离子电池稍微落后。这意味着对于电动汽车或消费类电子产品等应用,它被广泛认为不实际,因为在这些应用中,电池尺寸和重量是首要考虑的问题。然而,东京理科大学(TOS)科学家们的一项新发现可能会推翻这一看法。

该大学的一个研究小组将目光投向了碳电极材料,研究借此提高钠离子电池的容量,并开发出一种制造多孔硬碳阳极的技术。他们在发表于《Angewandte Chemie》国际版上的论文《新型硬碳阳极材料用于钠离子电池将解决锂电池难题》中描述了这种技术。

氧化镁模板

这种工艺的关键是使用氧化镁(MgO)作为孔隙大小和结构的“模板”,让MgO颗粒形成碳基体,并在600摄氏度下进行预处理,然后在1500摄氏度下进行酸浸和碳化,完成加工过程。经过一系列优化MgO模板和计算理想制造条件的实验之后,这个研究小组得以制造出容量为478毫安时/克,第一个循环库仑效率(电荷转移效率)为88%的硬碳。

TOS教授Shinichi Komaba指出,这种材料此前报道的最大容量值是438毫安时/克,而且是在更高温度下加工才实现的。TOS给出的计算显示,采用这种阳极的钠离子电池的工作电压差将略低于今天的标准锂离子电池,但能量密度仍实现了约19%的增加(1600瓦时/千克,高于原来的1430)。

Komaba表示,“我们的研究证明,实现高能钠离子电池是有可能的。这推翻了人们普遍认为锂离子电池具有更高能量密度的看法。我们开发的具有极高容量的硬碳为设计新的钠储能材料打开了一扇门。”

其他正在研究之中的电池概念提出的能量密度目标远远超过TOS所取得的这一结果,但这种新概念还有多大的提升空间目前还不清楚。然而这次的工作成果可

能迫使研究人员重新思考钠离子电池的可能性。下一步将是评估这种方法的实用性,以及这种材料是否能在多个循环中保持稳定性,并达到至少与现在的锂离子电池技术相当的寿命。

来源:www.pv-magazine.com

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