日本研發硬碳電極可提高鈉離子電池的容量使用

2021-01-12 電子發燒友
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日本研發硬碳電極可提高鈉離子電池的容量使用

微鋰電 發表於 2021-01-11 13:55:41

日本的科學家們展示了一種硬碳電極，可以大大提高鈉離子電池的容量。隨著對長期性能的進一步研究，這一發現可以使鈉離子電池在能量密度上更好地與鋰離子電池競爭。

鈉離子電池是一種很有前途的儲能技術，在固定儲能領域已經看到了有限的商業化。而鈉離子也吸引了研究人員的大量關注，因為它提供了一種替代鋰離子電池的方法，而鋰離子電池依靠的是更便宜、更豐富的材料。

在能量密度方面，鈉離子技術要比鋰電落後一些。這意味著它被廣泛認為對於電動汽車或消費類電子產品等應用不切實際，因為在這些應用中，電池的尺寸和重量是首要考慮的問題。然而，東京理科大學（TOS）科學家的一項新發現可能會顛覆這一假設。

該大學的一個小組將目光投向了碳電極材料，以提高鈉離子電池的容量，並開發出一種製造多孔硬碳陽極的技術。該技術在發表於《Angewandte Chemie》國際版的論文New hard－carbon anode material for sodium－ion batteries will solve the lithium conundrum中進行了描述。

該工藝的關鍵是使用氧化鎂（MgO）作為孔隙大小和結構的「模板」。MgO顆粒形成碳基體，並在600攝氏度下進行預處理，然後在1500攝氏度下進行酸浸和碳化，完成這一過程。經過一系列優化MgO模板的實驗，並計算出理想的製造條件，該課題組在第一個周期就能製造出容量為478毫安時／克、庫侖比效率（電荷轉移效率）為88％的硬碳。

TOS教授Shinichi Komaba指出，此前報導的這種材料的最高值是438毫安時／克，而這是在更高的溫度下加工實現的。TOS提出的計算結果顯示，利用這種陽極的鈉離子電池的工作電壓差將略低於今天的標準鋰離子電池，但能量密度仍將實現約19％的增長（1600瓦時／千克，而1430瓦時）。

Komaba說：「我們的研究證明，實現高能鈉離子電池是可能的，推翻了人們普遍認為鋰離子電池具有更高的能量密度。我們開發的具有極高容量的硬碳，為設計新的儲鈉材料打開了一扇門。」

其他正在研究的電池概念承諾的能量密度遠遠超過TOS在這裡取得的成就，目前還不清楚這種新概念還能擠出多少性能。然而，這項工作可能迫使研究人員再次思考鈉離子電池的可能性。下一步將是評估這種方法的實用性，以及材料是否能在許多循環中保持穩定性，並達到至少與當今鋰離子技術相當的壽命。

責任編輯：gt

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