Credit:布里斯托尔大学布里斯托尔大学的研究人员利用可持续来源的纤维素开发了高性能的钠离子电池和锅离子电池。布里斯托尔复合材料研究所的科学家开发了一种新颖的可控单向冰模板策略，该策略可以定制具有可持续性和大规模可用性的下一代后锂离子电池的电化学性能。这篇论文发表在《高级功能材料》杂志上。
对可持续、合乎道德和低成本能源储存的需求正在迅速增加。这在一定程度上要归功于开发电池驱动的运输系统的努力——主要是用电动汽车取代汽油和柴油发动机——但也包括手机等手持设备。目前，这些技术主要依赖于锂离子电池。
电池有两个电极和一个隔板，两个电极之间有一种叫做电解质的东西来携带电荷。在这些电池中使用锂有几个问题，包括设备内部金属的积聚，这会导致短路和过热。
锂的替代品，如钠和钾电池，就其倍率性能和多次使用的能力而言，历史上表现不佳。这种较差的性能是由于钠离子和钾离子的尺寸较大，并且它们能够穿过电池中的多孔碳电极。
与这些电池相关的另一个问题是，它们在使用寿命结束时不容易处理，因为它们使用不可持续的材料。材料的成本也是一个因素，需要提供更便宜的储能来源。
此外，锂在智利、玻利维亚和阿根廷等国开采。这种开采极具破坏性，与之相关的人权记录也很差。
Credit:布里斯托大学布里斯托大学在布里斯托复合材料研究所的工作发表在《高级功能材料》杂志上，并与帝国理工学院合作，开发了一些基于冰模板系统的新型碳电极材料。这些材料被称为气凝胶，其中纤维素纳米晶体(纳米尺寸形式的纤维素)使用冰晶形成多孔结构，冰晶生长后升华。这在结构中留下了可以携带大量钠和钾离子的大通道。
这些新型钠离子和钾离子电池的性能已被证明优于许多其他可比系统，并且它使用可持续来源的材料——纤维素。通讯作者、布里斯托尔大学材料科学与工程教授、纤维素基技术的世界领导者史蒂夫·埃希霍恩说:
“我们对这些新电池的性能感到震惊。有很大的潜力进一步开发这些技术，并利用该技术生产更大规模的器件。”
主要作者、布里斯托尔复合材料研究所博士生王静说:“我们提出了一种新颖的可控冰模板策略，以制造低成本的纤维素纳米晶/聚环氧乙烷衍生的碳气凝胶，其具有分级定制和垂直排列的通道作为电极材料，可用于很好地调节钠离子和钾离子电池的速率能力和循环稳定性。
“得益于前驱体的可再生性和在环境友好的合成过程中相对低成本的可扩展性，这项工作可以为在不久的将来促进可持续电动汽车和大规模储能电网的大规模应用提供一条有吸引力的路线。”
单向冰模板和垂直排列的碳气凝胶及其相应的形态和结构示意图。
“根据这些发现，我们现在希望与行业合作，在工业规模上制定这一战略，并探索这一独特的技术是否可以轻松扩展到各种其他储能系统，如锌、钙、铝和镁离子电池，从而展示其在下一代储能系统中的普遍潜力，”Eichhorn教授说。
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