鉅大LARGE | 點擊量：674次 | 2021年12月16日
研究人員用摻雜的碳陽極徹底革新可充電鈉離子電池
隨著電動推進船和其他車輛等技術的日漸普及，鋰離子電池（LIB）等可充電電池的需求激增。但是，鋰價格昂貴，這促使人們尋求其他選擇。鈉離子電池（SIB）是更可持續的替代方法，但在熱力學上與石墨（通常的陽極材料）不穩定。
現在，韓國的研究人員開發了一種“雜原子摻雜”（改性）碳基陽極，該陽極可幫助SIB超越LIB的性能。
隨著世界意識到迫在眉睫的環境危機，科學家已經開始尋找可持續的能源。可充電電池（如鋰離子電池）正迅速普及，同時生產“綠色”技術，例如電動推進船（正在開發以滿足國際海事組織的環境法規）和其他電動車輛。
但是，鋰是稀有且難以分配的，這使鋰的可持續性受到質疑，同時也存在成本急劇上升的風險。因此，研究人員轉向了“鈉離子電池”（SIB），它們在電化學上類似于鋰離子電池，并具有鈉含量更高，生產成本更低等優點。
但是，目前，SIB中的標準陽極材料是石墨，石墨在鈉離子的作用下是熱力學不穩定的，因而導致較低的“可逆容量”（衡量其存儲能力）和性能不佳。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為此，韓國海事和海洋大學的研究人員著手尋找一種適用于SIB的非石墨陽極材料。首席科學家JunKang博士說：“由于SIB的性能低下-僅是鋰離子電池容量的1/10-因此，找到一種能保持石墨的低成本和穩定性的高效陽極至關重要。”
現在，在發表在《電源》雜志上的最新研究（“最大化鈉離子電池用碳基負極材料的倍率能力”）中，科學家們報告了以下策略來克服碳基負極材料的局限性：SIB：
1）采用分級的多孔結構，該結構能夠促進Na+從電解質的主體區域到活性材料的界面的快速遷移；
2）保留較大的比表面積，其中Na+遷移至界面，可以在活性材料中輕松訪問；
3）保留能夠從表面到內部共嵌入的表面缺陷和孔結構；
4）通過可能具有短擴散路徑的缺陷和孔保留插入到活性材料中的Na+中的納米結構；
5）由于異質元素摻雜而由這些元素引起的外在缺陷而增加了活性位點的數量。這些策略導致電池的電化學性能得到顯著改善，甚至超過了當前的鋰離子電池！
在他們的兩個以前的研究中，他們成功地測試使用磷和硫這種方法，將其功能上的封面碳（“高度磷摻雜碳作為超高速率陽極為鈉離子電池的新型合成”）和ACS應用材料和界面（分別為“通過無序碳結構中的協調硫的新穎方法實現高效鈉離子交換”）。
康博士對他們技術的各種潛在應用持樂觀態度，例如在電力推進船和其他車輛，無人機甚至高性能CPU中。這五個因素提供了良好的容量保持能力，可逆容量，超高循環穩定性，高初始庫侖效率（80％）和出色的速率能力。這意味著即使大量使用電池也可以長時間使用。”他解釋說。
考慮到鈉比鋰的優勢，這些發現無疑對可持續，廉價，高性能電池的工程設計具有重要意義，并且可以使我們更接近實現節能的未來。
