伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的研究人员开发出一种新技术，可以使更可持续的钠离子电池取代锂离子电池。通过从造纸工业的废弃副产品木质素中制备碳，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。研究成果已发表于期刊《Energy and Environmental Science》，可在全球向更清洁能源的过渡中发挥重要作用。


取代锂离子电池

锂离子电池通常用于众多电气设备，但随着全球锂资源迅速减少，以及采矿作用中产生大量碳排放，市场开始寻求更加可持续的替代解决方案。而钠离子电池经优化就可以作为替代品，并应用于电动汽车。然而，目前的钠离子电池还不能与锂离子电池的能量容量相比，且存在一定的安全风险。

提高电池能量容量的关键在于负责提供能量存储功能的负极的材料及其设计。尽管理论上，钠阳极具有超高容量，但仍需要进一步的研究来释放由金属钠阳极制成的电池的潜力，并解决因该材料具有的高反应性所带来的安全风险。

为应对上述挑战，化学工程系的Titirici小组采用钠沉积木质素衍生的碳垫代替钠电池中的大块金属，进而开发出一种解决方案。

该论文通讯作者Magda Titirici教授表示：“非常开心可以看到在电池领域中使用木质素的新机遇，该材料对于开发全新纳基技术也极具潜力。而通过采用纳基技术，我们可以打造出高性能、安全和更可持续的电池，进而彻底改变电动汽车领域。”

在这项研究中，木质素垫由名为“静电纺丝”的工艺产生，其中木质素纤维的纺纱方式类似于蜘蛛在自然界中织网的方式。随后，纤维会被碳化以在材料结构中产生许多缺陷，从而使金属钠（负责能量存储的元素）能够更加均匀和稳定地沉积，进而增加能量容量。


通过将金属钠与特制的基于木质素的碳相结合，可以保留和利用能量容量优势，同时降低因枝晶堆积引起的电池短路安全风险。与其他方法相比，该过程碳化木质素所需的热量更少，进一步减少了制造过程中的碳足迹。

未来计划

钠离子电池在能源领域显示出巨大的前景，但迄今为止，其能量容量仍十分有限，无法实现广泛应用。此次研发的新技术可以使钠离子电池在更多领域取代锂离子电池，如电动汽车等大型产品。

合著者Zhen Xu表示：“我们的研究表明钠离子电池在可持续能源未来将发挥重要作用。目前，我们希望与工业界合作，实现工业规模技术开发，并探索新的钠离子电池应用。”研究团队将继续微调该技术，采用不同电芯进行实验并开展进一步的研发。

原标题：伦敦帝国理工学院发明新技术 助力钠离子电池取代锂离子电池