用“淀粉”做负极，钠离子电池机能更好
硬炭是一种钠离子电池负极质料。它由各类先驱体包含糖类、聚合物和生物资等在高温下炭化制备而成。硬炭的机能不仅与制备方法有关，并且很年夜水平上取决于所用先驱体的性子。研究职员经由过程调理先驱体中氧元素含量实现了对于硬炭微观布局的调控。
◎通信员 郜 蓉 实习记者 韩 荣
你能想象吗？经由过程化学反响，淀粉也许可以成为电池的一部门。近日，中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛研究员率领的科研团队，操纵酯化改性后的淀粉，经由过程低温氢气还原以及高温碳化反响制备了钠离子电池负极质料——硬炭，相干论文发表于储能领域顶级期刊《储能质料》。
必要研发储钠效率更高且便宜不乱的负极质料
当下，锂离子电池几近充溢了可充电电池市场。而我国今朝用于制备锂离子电池的锂资本主要依赖于入口，本钱较高。与之比拟，钠资本散布普遍，本钱低，且钠离子电池凹凸温机能优秀，平安性也加倍不乱，是以钠离子电池系统不竭获得存眷。
陈成猛先容，跟着钠离子电池系统的不竭完美和学术界以及工业界的踊跃互动，钠离子电池有看在新能源汽车、年夜规模储能和储能电网等多个领域中获得运用，是一种颇有市场远景的新技能。
而硬炭作为一种新型负极质料，被认为是最具备贸易化潜力的钠离子电池负极质料。它由类石墨的微晶布局以及启齿的角状微晶构成，这类怪异的微晶布局不仅可以提供丰硕的储钠位点，并且其不乱的骨架布局和较低的事情电势一样使它备受存眷。
然而，科研职员发明钠离子电池在现实运用中存在一定阻碍，此中硬炭电极的比容量以及首次库伦效率广泛较低，紧张限定了钠离子电池总体电化学机能的阐扬。是以必要研发储钠效率更高且便宜不乱的负极质料。
为入一步提高硬炭的储钠机能，广泛的解决方案是对于硬炭概况入行包覆、修饰、杂原子搀杂，或者者高温炭化来调控其微观布局。但制备方式的高能耗、高繁杂性和搀杂炭质料的高事情电势必要入一步优化。
经由过程氧元素含量的变革实现对于硬炭微观布局调控
陈成猛先容，硬炭是由各类先驱体包含糖类、聚合物和生物资等在高温下炭化制备而成的。在研究进程中，陈成猛科研团队发明硬炭的机能不仅与制备方法有关，并且很年夜水平上取决于所用先驱体的性子。
“制备硬炭的先驱体通常为具备暖固性的树脂、聚合物和生物资等。除了碳之外，氧是浩繁先驱体中存在至多的元素，而且在高温暖解及炭化进程中不竭被开释。”是以，陈成猛暗示，先驱体中氧含量的几多将会影响其暖解进程和终极硬炭的微观布局。
凭据这一假想，陈成猛科研团队操纵低温氢气还原策略对于酯化淀粉原料入行预处置，经由过程扭转反响温度来调理反响产品先驱体中氧元素含量。随后，他们又对于分歧反响温度下的样品入一步高温炭化，制备了硬炭，也就是经由过程氧元素含量的变革实现了对于终极产品——硬炭的微观布局调控。
为研究分歧的氢气还原反响温度对于终极质料布局的影响，科研职员选择了多个还原温度开展实验，有力证明了氧元素含量对于硬炭机能的影响。
虽然今朝的研究功效为后续入行高机能硬炭的开发奠基了优良的根本，但同时陈成猛也提到，硬炭受分歧先驱体以及制备前提的影响，实在际布局十分繁杂，很难构建一个通用模子。
陈成猛暗示，下一步团队还会从原质料动身，构建硬炭的布局模子，搭建响应的数据库，并针对于特定运用场景入行硬炭的开发，比方高功率、超低温和高温等。
科技日报2022年10月13日第06版