莫斯科國立大學和 Skoltech 的研究人員用一種討厭的有害雜草製造了用於鈉離子電池陽極的高質量碳材料。隨著材料的改進，這種創新類型的電池可以取代太陽能和風力渦輪機以及其他緊湊性不成問題的應用中更昂貴的鋰離子儲能。
歐防風
該作品發表在《電池》雜誌上。「我們認為同時擺脫這種討厭的雜草並獲得有用的東西作為回報會很棒，」羅蒙諾索夫莫斯科國立大學文章的合著者 Zoya Bobyleva 說。- 用於鈉離子電池陽極的固體碳可以從任何生物質中生產：堅果殼、造紙廢料，但還沒有人嘗試過歐防風。結果證明這是一個很好的選擇。」
Sosnowski 的歐防風是一種蔓延性很強的雜草，此外還會引起灼傷。它是從高加索地區帶到俄羅斯中部的，作為飼養牲畜的農業實驗的一部分，但這個想法並沒有流行起來。歐防風本身已經生根發芽，根據 Skoltech 科學家在春季發表的預測，到本世紀中葉，俄羅斯的整個歐洲地區都可能長滿它。
鈉離子電池是一種替代的無鋰儲能技術。鋰價格穩步上漲，這種金屬在少數國家開採，其生產對環境相當有害。鈉不存在這些問題，但要改用它，就必須改變電池的陰極和陽極材料。最近，Skoltech提出了一種具有破紀錄特性的正極材料。這一次，來自 Skoltech 和莫斯科國立大學的另一組研究人員收到了一種高質量的陽極材料——來自一種非常意想不到的原材料。
「目前，硬碳為鈉離子電池的陽極提供了最佳的性能組合，」領導這項研究的 Skoltech 和莫斯科國立大學的 Evgeny Antipov 教授解釋說。- 這種材料是碳的無定形形式，即使在強烈加熱下也不會變成石墨。與石墨不同，這種物質具有這樣的結構，它可以在一個循環之後將鈉離子引入自身，然後將它們釋放回來，這是電池運行所必需的，而材料的體積變化不大。其他優點是比較便宜、易於合成和處置，以及低火災危險。」
比較陽極材料的兩個關鍵特性是庫侖效率和比電容。第一個指標越高，陰極運行期間浪費在不可逆轉過程上的能量就越少，這也會使電池磨損。
由莫斯科國立大學和 Skoltech 的科學家製造，來自歐防風的硬碳顯示出 87% 的庫侖效率，與從其他原材料中獲得的同類最佳材料相當。根據第二個關鍵指標，比容量，它不如領先材料 - 260 對 300 mAh / g - 但總體上具有競爭力。
「更準確地說，我們分別考慮了更容易收集的冬季歐防風和開花和聞起來更有害的夏季歐防風。但不得不說，正是從夏季樣品中得到了庫侖效率更高的材料，而這個指標正是硬碳負極的薄弱環節，所以我們在研究中重點關注了它。至於具體容量，我們將來可能會增加它，」Bobylev 補充道。
該團隊測試了三種流行的固體碳合成方法。首先，將歐防風生物質直接碳化，即在無氧氣氛中加熱至1300攝氏度。然後重複合成，但用酸對原料進行初步洗滌以去除金屬和其他雜質 - 結果，材料的庫侖效率增加。最後，將牛歐洲防風草與水在封閉的反應器中煮沸，這使得獲得非常小的含碳球成為可能。結果證明，這三種情況下材料的比容量相似，並且在第二種情況下達到了最高的庫侖效率。
「對可充電電池的需求將會增長。如果我們談論工業中使用的固定電池或平衡太陽能電池板和風車發電的波動，那麼鈉離子技術看起來非常有前途。這種電池將比鋰離子電池便宜得多，雖然它們會在質量和尺寸方面有所損失，但這並不總是很重要——這取決於應用，」該研究的共同作者 Artem Abakumov 教授總結道Skoltech 能源技術中心。
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