Nature Communications新出:雙極電極引領鈉離子電池設計新方向

2020-12-06 儀器信息網

儀器信息網訊　　可充電電池廣泛應用於行動裝置和大規模能源儲存。然而，可充電電池的大規模應用不僅消耗了大量的不可再生資源，而且產生了大量的電池廢棄物，對環境和生態造成了極大地威脅。通過回收和再利用廢舊電池，不僅可以減少對電池關鍵材料資源的需求，也能減輕對環境和生態的不利影響。廣東工業大學林展課題組在Nature Communications上發表了 「Sustainability-inspired cell design for a fully recyclable sodium ion battery」的最新研究成果，提出在鈉離子電池中引入雙極電極設計的思路，實現了電極材料高效回收利用。結果表明，以鋁箔作為共享集流體，Na3V2(PO4)3作正極的鈉離子電池中，Na3V2(PO4)3回收率接近100%，元素鋁回收率接近99.1%，固相材料回收率達98.0%。該研究指明了下一代鈉離子電池技術新的研究方向。

　　鈉離子電池是鋰離子電池的理想替代品，然而其大規模應用勢必產生資源和環境問題。可回收電池設計是實現電池可持續發展的有效途徑。一個典型的電池結構主要由配件、電解液、隔膜、正極材料、負極材料和集流體六部分組成，其中配件、電解液和隔膜的回收相對容易，而成本較高的正、負極電極單元回收較困難。雙極電極設計，以鋁作為共享集流體，可以實現電極材料的高效回收，而鋁和鈉不發生合金化反應是該設計的基礎。

　　

傳統單極電極(左)和新型雙極電極(右)

　　金屬鈉和水可以生成氫氧化鈉，氫氧化鈉和鋁可以生成偏鋁酸鈉；向偏鋁酸鈉中加入鹽酸，可以生成氫氧化鋁和氯化鈉。以上簡單的化學反應，組成了實現電池材料的循環利用的基本思路。

循環利用示意圖

　　研究表明，循環再生的Na3V2(PO4)3@C(NVP@C)正極材料，通過XRD衍射比對、充放電測試和循環伏安測試，證實了其仍具有與之前相近的電化學性能，說明了該思路的可行性。

　　XRD衍射比對、充放電測試和循環伏安測試

　　更多信息建議到Nature Communications官網瀏覽，地址：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-019-09933-0


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