釜山研究人员开发钠离子电池阳极以结束对锂的依赖

  • 2023年01月12日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

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  • 翻译: Selina Shi

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韩国釜山国立大学开展了一项有趣的研究,研究人员开发出一种钠离子电池阳极。据称,这种阳极的储能效率很高。

釜山国立大学表示,锂的价格昂贵、数量有限,因此,有必要开发锂离子电池之外的高效储能系统。钠是一种颇有前景的候选方案。然而,由于钠离子的体积大且缓慢,这阻碍了钠离子电池(SIB)的阳极性能。来自韩国和美国的研究人员最近开发了热解喹吖啶酮,这是一种新型碳质SIB阳极材料。这种材料效率高、易制备,并表现出包括高钠离子存储性能和循环稳定性在内的优异电化学性能。

釜山国立大学表示,鉴于气候变化,有必要通过可再生能源的利用和高效储能系统的开发来减少碳排放。锂离子电池成本高,锂的供应有限。为此,研究人员建议将钠离子电池(SIB)作为一种可能的候选方案。

釜山国立大学还提到,除了具有与锂类似的物理化学特性外,钠还具有可持续性和成本效益。然而,钠的离子体积大,扩散慢,阻碍了商业化石墨阳极的碳微观结构对钠的容纳。因此,SIB阳极存在着结构不稳定和存储性能差的问题。在这一方面,掺杂杂原子的碳质材料正展现出开发前景。然而,它们的制备复杂、昂贵且耗时。

由来自釜山国立大学的Seung Geol Lee教授领导的一个研究小组使用喹吖啶酮作为前体来制备碳质SIB阳极。Geol教授称:"喹吖啶酮等有机色素具有各种结构和功能群。因此,它们会产生不同的热分解行为和微观结构。当作为储能材料前体时,热解的喹吖啶酮可以大大改变二次电池性能。因此,通过控制有机色素前体的结构有可能获得高效电池。"

这项研究将发表在2月份的《化学工程杂志》上。研究人员重点研究了具有平行分子结构的2,9-二甲基喹吖啶酮(2,9-DMQA)。在600°C下热分解时, 2,9-DMQA从红色变成了黑色,焦炭产量率高达61%。接下来,研究人员进行了全面的实验分析以描述潜在的热解机制。

技术突破

釜山国立大学的研究人员提出,甲基取代物的分解在450℃时产生自由基,自由基形成了沿平行排列方向纵向生长的微观结构多环芳烃。此外,2,9-DMQA中的含氮和含氧官能团释放出气体,在微观结构中形成了无序结构域。相反,热解后未取代的喹吖啶酮形成了高度聚集的结构。这表明,晶体取向对形态发育有显著影响。

此外,在600℃下热解的2,9-DMQA作为SIB阳极表现出较高的速率能力(0.05A/g时为290mAh/g)和出色的循环稳定性(5A/g时为134mAh/g,循环1000次)。含氮和含氧基团通过表面限制条件和层间距离的增加进一步增强了电池的储存能力。

Lee教授表示:"像喹吖啶酮这样的有机色素可以作为钠离子电池的阳极材料。它们的效率很高,可以为大型储能系统的大规模生产提供一种有效的策略。"

(责任编辑:Selina Shi)

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