物理科技生物学-PHYICA

科学家开发可野野原まゆ持续的下一代电池技术

技术工程 2022-01-09 21:53:37

Scientists develop technology for sustainable next-generation batteries Credit:许珍/伦敦帝国理工学院研究人员开发了一种新技术,可以用更可持续的替代品来替代锂电池。伦敦帝国理工学院的一个团队创造了一种技术,可以实现从锂离子电池到钠离子电池的转变。通过从造纸工业的副产品木质素制备碳,研究人员提高了钠离子电池的能量密度、可持续性和安全性。发表在《能源与环境科学》上的研究结果,可能会在全球向更绿色能源的过渡中发挥重要作用。

更换锂离子电池

锂离子电池通常用于许多电气设备,但全球锂资源正在迅速减少,采矿作业产生了大量碳足迹。钠离子电池可以提供一种可持续的替代品,如果优化,可以用于电动汽车。然而,目前的模型尚未匹配锂的能量容量,并构成一些安全风险。

提高电池能量容量的关键在于提供能量存储功能的阳极的材料和设计。尽管理论容量超高,但仍需要进一步研究来释放金属钠阳极电池的潜力,并解决这种材料高反应性带来的风险。

化学工程系的Titirici集团已经接受了这一挑战,并开发了一种解决方案,用钠沉积的木质素衍生碳垫代替钠锂电池中的散装金属。

Scientists develop technology for sustainable next-generation batteries木质素纳米纤维的静电纺丝及所得碳垫的结构。信用:许珍/伦敦帝国理工学院通讯作者玛格达·蒂特里西教授说:“看到木质素在电池领域的新应用机会及其开发新的钠基技术的潜力令人兴奋,这可能通过创造高性能、安全和更可持续的电池来彻底改变电动汽车领域”。

纺丝网

在这项研究中,木质素垫是使用一种被称为“静电纺丝”的工艺生产的,在这种工艺中,木质素纤维的纺丝方式与自然界蜘蛛织网的方式相似。然后纤维被碳化,在材料结构中产生许多缺陷。这些缺陷支持金属钠的均匀和稳定沉积,金属钠是负责能量存储的元素,导致能量容量增加。

通过将金属钠与特别定制的木质素基碳相结合,保留并利用了能量容量优势,同时降低了与枝晶积累(导致电池短路)相关的安全风险。

该方法还比其他方法需要更少的热量来碳化木质素,这进一步减少了制造过程的碳足迹。

后续步骤

钠离子电池在能源领域显示出巨大的潜力,但迄今为止,其有限的能量限制了其广泛应用。这项新技术将使他们能够在比目前更大的范围内取代锂离子电池,并用于像电动汽车这样大的产品中。

合著者许珍补充道:“我们的研究显示了钠离子电池在可持续能源未来发挥重要作用的巨大潜力。不,我们希望与工业界合作,在工业规模上开发这项技术,并探索钠离子电池的新应用。”

该团队现在将继续微调这项技术,用不同类型的细胞进行实验,并进行进一步的实验。

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