盖世汽车讯 据外媒报道,布里斯托尔复合材料研究所(Bristol Composites Institute)的科学家利用可持续性纤维素,制造高性能钠和钾离子电池。研究人员开发了一种创新可控单向冰模板策略,以定制新一代后锂离子电池的电化学性能,使其具有可持续性和规模化应用。

(图片来源:布里斯托尔大学)

目前,对可持续、低成本储能的需求迅速增长。这要部分归因于电动交通运输系统的发展,主要是用电动汽车取代汽油和柴油发动机。目前,这些技术很大程度上依赖于锂离子电池。此类电池中包含两个电极和一个隔板,并通过其间的电解液来携带电荷。在此类电池中使用锂存在几个问题,如金属积聚可能导致短路和过热。

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作为锂电池的替代品,钠电池和钾电池在速率性能和循环次数方面表现欠佳。这是由于钠离子和钾离子的尺寸较大,其通过电池中多孔碳电极的能力有限。另一问题是,这些电池在使用寿命结束时不易处理,因其使用的是不可持续材料。此外,锂开采具有很大的破坏性,而且材料成本较高。

作为布里斯托尔大学的专业研究机构之一,布里斯托尔复合材料研究所与帝国理工学院(Imperial College)合作,开发了基于冰模板系统的新型碳电极材料。在这些气凝胶材料中,纤维素纳米晶体(一种纳米大小的纤维素)通过冰晶生长和升华形成多孔结构,从而在结构中留下了巨大的通道,可以携带大量的钠离子和钾离子。

这些新型钠离子和钾离子电池的性能,已被证明优于其他众多类似系统。而且,使用了一种可持续性来源性料――纤维素。研究人员Steve Eichhorn表示:“这些新电池的性能令人震惊。该技术在进一步开发和生产更大规模的设备方面具有巨大潜力。”

研究人员Jing Wang表示:“我们提出了一种新型可控冰模板策略,以制造由低成本纤维素纳米晶体/聚乙烯氧化物衍生的碳气凝胶,其电极材料具有分层定制和垂直对齐的通道,可用于调节钠离子和钾离子电池的速率性能和循环稳定性。由于前体具有可再生能力,以及环保型合成过程的成本相对较低,而且具有可扩展性,不久的将来,这项工作或将提供有吸引力的途径,促进可持续电动汽车的大规模应用,以及储能电网的规模化发展。”

研究人员希望与行业合作,在工业规模上发展这一策略,并探讨该技术是否能用于其他储能系统,如锌离子电池、钙离子电池、铝离子电池和镁离子电池,以证明其在下一代能源存储系统中的潜力。

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