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日本研發(fā)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(shí)間:2020-12-16 09:17來源:蓋世汽車 作者:Fairy
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硬碳電極材料容量更高意味著,與鋰離子電池相比,鈉離子電池的重量能量密度增加了 19%
(圖片來源:日本理科大學(xué))
 
       高成本效益的可充電電池幾乎是所有便攜式電子設(shè)備的核心部件,而此類電子設(shè)備在現(xiàn)代日常生活中隨處可見。此外,可充電電池還是電動(dòng)汽車以及可再生能源系統(tǒng)的必備部件,也是各種醫(yī)療設(shè)備的支持者,并且作為電子傳感器和攝像頭的能源,促進(jìn)了各領(lǐng)域的研發(fā)工作。因此,很多人都在投入大量的精力研發(fā)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(wěn)定性、價(jià)格和充電時(shí)間等方面擁有良好的性能,一直是市場(chǎng)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(chǔ)量最豐富的材料,對(duì)此類材料需求的不斷增長(zhǎng)也很快在全球范圍內(nèi)導(dǎo)致了供應(yīng)問題。
 
       據(jù)外媒報(bào)道,日本東京理工大學(xué)(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(chǔ)量豐富的替代材料研發(fā)可充電電池,從而解決這一日益惡化的難題。
 
       最近,該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種高效的方法,可為鈉離子電池生產(chǎn)新型碳基材料。該團(tuán)隊(duì)以氧化鎂(MgO)作為硬碳(hard carbon)內(nèi)部納米孔的無機(jī)模板,重點(diǎn)研究了作為可充電電池負(fù)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(shù)混合該氧化鎂模板的成分,以精確地調(diào)整硬碳電極的納米結(jié)構(gòu)。在經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)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(chǎn)此種容量達(dá) 478 mAh/g的硬碳,這也是此種材料的容量達(dá)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(fù)極電極的容量一般約為300至350 mAh/g,雖然曾經(jīng)有報(bào)道表示可達(dá)到438 mAh/g,但是必須在1900℃以上的高溫下進(jìn)行熱處理才可實(shí)現(xiàn)。相比之下,我們采用的熱處理溫度只為1500°C,相對(duì)較低。”溫度越低,能耗也就越低,成本也越低,對(duì)環(huán)境造成的影響也會(huì)越小。
 
       新研發(fā)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(fù)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(fù)電極的鈉離子電池的運(yùn)行電壓理論上為0.3V,低于標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池,但是容量更高會(huì)實(shí)現(xiàn)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(jìn)一步研究以驗(yàn)證該材料應(yīng)用于真正的鈉離子電池時(shí),是否具有優(yōu)越的收入、能量輸入輸出功能以及低溫運(yùn)行功能。如果夠幸運(yùn),可能會(huì)見證到下一代可充電電池的誕生。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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