科学家使用有毒的猪草为风力发电场的廉价钠离子电池制造阳极材料

MSU和Skoltech的研究人员已经将一种讨厌的有毒杂草转化为钠离子电池的高级阳极材料。这些是锂离子电池的新兴更便宜的替代品，用于紧凑尺寸并不重要的用途，例如太阳能和风电场。该研究发表在《电池》上。

罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的研究合著者ZoyaBobyleva评论说：“我们认为，把像猪草这样令人讨厌和令人反感的东西拿出来做点有用的东西不是很有趣吗?”“用于钠离子电池阳极的硬碳材料的问题在于，你可以用几乎任何来源的生物质制造它们。以前没有人考虑过猪草。但结果非常好。”

Sosnowsky的猪草是一种入侵植物，会导致严重的皮肤灼伤。最初从高加索作为试验性饲料作物从高加索进口到俄罗斯中部，但很快就失去了控制，根据Skoltech研究人员的预测，到21世纪中叶，它有可能蔓延到该国的整个欧洲地区。

钠离子电池是一种避免使用锂的替代储能技术，锂主要集中在少数几个国家，价格越来越昂贵，而且生产不环保。然而，如果电池使用钠离子而不是锂离子，则必须在阴极和阳极中使用完全不同的材料。不久前，Skoltech研究人员提出了一种性能优异的正极材料。这一次，该研究所和密歇根州立大学的另一个研究小组提出了一种来自相当不可能的来源的高质量阳极材料。

“截至今天，硬碳为钠离子电池阳极提供了最佳的性能组合。它是一种无定形的碳，即使暴露在非常高的温度下也不会转化为石墨。与石墨不同，它的结构可以容纳钠离子并在多次循环中释放它们，这对于电池运行至关重要，并且在充电时不会显着扩大尺寸。它也很便宜，合成和处置相当容易，不会造成严重的火灾危险。这两个这里的关键品质因数是库仑效率和储能能力，”该研究的首席研究员、Skoltech和密歇根州立大学的EvgenyAntipov教授说。

MSU-Skoltech团队生产的硬碳表现出87%的库仑效率，与其他原材料合成硬碳的最佳报道结果相当。该特性反映了材料在不将其浪费在实际上损害电池的不可逆二次过程的情况下储存能量的能力。至于储能容量，约为260mAh/g，该材料没有达到其他地方报道的最佳结果——约300mAh/g——但仍然相当不错。

“事实上，我们既考虑了可以安全收获的冬季猪草，也考虑了盛开的令人讨厌的夏季猪草。不想告诉你，但就最终产品的库仑效率而言，夏天收集的标本证明更好，这是我们在这项研究中强调的特性，因为它往往是硬碳阳极的薄弱环节。至于储能能力，我们以后可能有办法提高它，”Bobylev补充道。

该团队测试了三种流行的硬碳合成方法。首先是直接碳化：在没有氧气的气氛中将生物质加热到1300摄氏度。或者，您可以在碳化之前用酸处理生物质以去除金属和其他杂质。这种方法导致了显着更高的库仑效率。或者你可以在封闭的反应器中将猪草生物质在水中煮沸——这会产生非常小的含碳球体。虽然所有三种方法都导致了相当的能量存储容量，但预先去除杂质的热处理导致了最佳的库仑效率。

“对可充电蓄电池的需求将继续增长。当涉及部署在工业设施和可再生能源生产中以平衡可用阳光或风能波动的固定电池时，钠离子技术似乎非常有前景。这些电池会便宜得多，虽然它们可能更重、更笨重，但对于相关应用来说不会有太大问题，”该研究的合著者ArtemAbakumov教授说;他是Skoltech能源科学与技术中心的负责人。

标签：