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倫敦帝國理工學院（Imperial College London）的研究人員開發(fā)出一種新技術，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險。

提高電池能量容量的關鍵在于負責提供能量存儲功能的負極的材料及其設計。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性所帶來的安全風險。

為應對上述挑戰(zhàn)，化學工程系的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)全新納基技術也極具潛力。而通過采用納基技術，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構中產(chǎn)生許多缺陷，從而使金屬鈉（負責能量存儲的元素）能夠更加均勻和穩(wěn)定地沉積，進而增加能量容量。


通過將金屬鈉與特制的基于木質(zhì)素的碳相結合，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)廣泛應用。此次研發(fā)的新技術可以使鈉離子電池在更多領域取代鋰離子電池，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)模技術開發(fā)，并探索新的鈉離子電池應用。”研究團隊將繼續(xù)微調(diào)該技術，采用不同電芯進行實驗并開展進一步的研發(fā)。

原標題：倫敦帝國理工學院發(fā)明新技術 助力鈉離子電池取代鋰離子電池