莫斯科国立大学和 Skoltech 的研究人员用一种讨厌的有害杂草制造了用于钠离子电池阳极的高质量碳材料。随着材料的改进，这种创新类型的电池可以取代太阳能和风力涡轮机以及其他紧凑性不成问题的应用中更昂贵的锂离子储能。
欧防风
该作品发表在《电池》杂志上。“我们认为同时摆脱这种讨厌的杂草并获得有用的东西作为回报会很棒，”罗蒙诺索夫莫斯科国立大学文章的合著者 Zoya Bobyleva 说。- 用于钠离子电池阳极的固体碳可以从任何生物质中生产：坚果壳、造纸废料，但还没有人尝试过欧防风。结果证明这是一个很好的选择。”
Sosnowski 的欧防风是一种蔓延性很强的杂草，此外还会引起灼伤。它是从高加索地区带到俄罗斯中部的，作为饲养牲畜的农业实验的一部分，但这个想法并没有流行起来。欧防风本身已经生根发芽，根据 Skoltech 科学家在春季发表的预测，到本世纪中叶，俄罗斯的整个欧洲地区都可能长满它。
钠离子电池是一种替代的无锂储能技术。锂价格稳步上涨，这种金属在少数国家开采，其生产对环境相当有害。钠不存在这些问题，但要改用它，就必须改变电池的阴极和阳极材料。最近，Skoltech提出了一种具有破纪录特性的正极材料。这一次，来自 Skoltech 和莫斯科国立大学的另一组研究人员收到了一种高质量的阳极材料——来自一种非常意想不到的原材料。
“目前，硬碳为钠离子电池的阳极提供了最佳的性能组合，”领导这项研究的 Skoltech 和莫斯科国立大学的 Evgeny Antipov 教授解释说。- 这种材料是碳的无定形形式，即使在强烈加热下也不会变成石墨。与石墨不同，这种物质具有这样的结构，它可以在一个循环之后将钠离子引入自身，然后将它们释放回来，这是电池运行所必需的，而材料的体积变化不大。其他优点是比较便宜、易于合成和处置，以及低火灾危险。”
比较阳极材料的两个关键特性是库仑效率和比电容。第一个指标越高，阴极运行期间浪费在不可逆转过程上的能量就越少，这也会使电池磨损。
由莫斯科国立大学和 Skoltech 的科学家制造，来自欧防风的硬碳显示出 87% 的库仑效率，与从其他原材料中获得的同类最佳材料相当。根据第二个关键指标，比容量，它不如领先材料 - 260 对 300 mAh / g - 但总体上具有竞争力。
“更准确地说，我们分别考虑了更容易收集的冬季欧防风和开花和闻起来更有害的夏季欧防风。但不得不说，正是从夏季样品中得到了库仑效率更高的材料，而这个指标正是硬碳负极的薄弱环节，所以我们在研究中重点关注了它。至于具体容量，我们将来可能会增加它，”Bobylev 补充道。
该团队测试了三种流行的固体碳合成方法。首先，将欧防风生物质直接碳化，即在无氧气氛中加热至1300摄氏度。然后重复合成，但用酸对原料进行初步洗涤以去除金属和其他杂质 - 结果，材料的库仑效率增加。最后，将牛欧洲防风草与水在封闭的反应器中煮沸，这使得获得非常小的含碳球成为可能。结果证明，这三种情况下材料的比容量相似，并且在第二种情况下达到了最高的库仑效率。
“对可充电电池的需求将会增长。如果我们谈论工业中使用的固定电池或平衡太阳能电池板和风车发电的波动，那么钠离子技术看起来非常有前途。这种电池将比锂离子电池便宜得多，虽然它们会在质量和尺寸方面有所损失，但这并不总是很重要——这取决于应用，”该研究的共同作者 Artem Abakumov 教授总结道Skoltech 能源技术中心。
