电池是无处不在的,很难想象现代生活。整个世界,充电电池市场价值已经在过去的几年里快速增加。这推动了全球的环境安全意识,扩大电动汽车市场,全球政府援助显示。1
锂离子电池见过最大的增长2最使用充电电池,由于其成本效益和优良的技术性能(最高功率密度和能量,更小、更轻和其它充电电池相比,和一些费用和放电周期在电池的寿命)。1
然而,锂的输出可能无法跟上需求的电池生产商,已将翻倍,未来十年全球电动汽车采用增加。早些时候,这种差异表现为原材料的成本激增,电池级碳酸锂值得注意的是,在过去的两年。亚博网站下载3
必须进步的知识和发展替代电池化学中和全球依赖一种技术和重要材料的减少。亚博网站下载
钠电池(上司)是最有希望的大规模储能替代由于自然丰富和广泛分布的原材料,廉价,优秀的材料可持续发展相对于锂离子技术。亚博网站下载4
图1。的示意图表示Na-ion电池。图片来源:Xenocs SAS
上司的工作原理和细胞设计类似于锂离子电池的操作模式,与电荷载体的根本区别是钠离子(Na+)。
如图1所示,一把摇椅机制存储能量通过将化学和电能转换为彼此。充电时,电能是利用鼓励运动的电子从阴极到阳极。
放电的同时,电中性区保留钠离子从阴极及其迁移到通过电解液阳极。相反的过程发生在放电。
从设计的角度来看,Na显示更大的离子半径(1.02 )相比,李(0.76 ),因此很难确定正确的阳极材料承载Na亚博网站下载+离子,使快速插入和de-insertion。
以来最利用锂离子电池阳极材料,石墨,不支持钠夹层,大量的研究集中在开发其他理想的电极。
由于其低成本和高丰富,碳基负极材料被认为是最有希望的nib系统之一。亚博网站下载5达到较高的可逆容量,大多数设计专注于阳极材料相当浓度的作用只有Na亚博网站下载+离子。
筛选碳(由高度可调纳米孔和收紧毛孔入口),biomass-derived硬碳,或硬碳和一个定制的孔隙网络的只有几个实例表明高能碳阳极。6、7、8
因此,有必要了解孔隙网络的理解和提高钠离子存储。要做,小角x射线散射(粉煤灰)是一位杰出的探测方法,可以确定孔隙大小和孔隙大小分布的开启和关闭毛孔。
这些信息是无法使用其他方法,如气体吸收分析。毛孔的填充可以通过一枝跟踪测量。
筛选碳
多孔碳钠电池(PC)是不合适的阳极材料作为他们的大表面积毛孔也可用电解质引起的形成一个不亚博网站下载必要的固态电解质间期(SEI)目前在纳米孔内。9
这个问题得到解决,筛选碳(SC),以及一个收紧毛孔入口(< 0.4海里),显示良好的电化学性能。6
一枝测量与SEI透露,孔的填充可以避免甲烷通过商业个人电脑。这有助于收紧毛孔入口,同时保留一个类似的身体直径和孔隙的表面积。
作为显示在图2中,纳米孔的一枝信号SC不变的时候骑自行车,而电脑信号显示广泛的峰的消失在中间问范围标记与SEI的填充毛孔。
筛选碳大大超过多孔材料的电化学性能。亚博网站下载在50 mA / g电流密度,电脑显示39 mAh / g可逆容量,而SC显示一个更大的可逆容量为328 mAh / g。
图2。一枝模式的多孔碳(a)和(b)筛选碳阳极记录之前和之后5周期的电流密度50 mA / g。SC的insets显示收紧毛孔入口(橙色)和固态电解质的表示间期(SEI)分布(绿色)的毛孔。来源:国家科学评论》,2022年,亚博老虎机网登录DOI: 10.1093 / nsr / nwac084。图片来源:Xenocs SAS
硬碳原子与一个定制的双峰孔隙网络
调整碳的纹理是一个策略,建议改善他们的表现作为上司的阳极。8硬碳的双峰孔隙网络内部微孔隙互联通过间隙孔已经solvothermally。
第二个介孔网络旨在改善微孔隙之间的连接性,缓解Na+扩散并最终增加电池的容量。
一枝测量表明,微观和中孔的大小可以通过改变调整热解温度。如图3所示(一个),高温产生更大直径的孔。这种规模的增加一直保留与优秀的能力,可以推导出从图3 (b)。
图3(一个)。微观和中孔直径的函数热解温度由一枝。(b)率放电能力的性能在不同的电流密度(显示在图的上方以mA / g)为单位的碳阳极正交在1000年,1300年和1500年oc .信贷:高级材料接口,2022年,D亚博网站下载OI: 10.1002 / admi.202101267。图片来源:Xenocs SAS
Biomass-Derived硬碳
硬碳来源于生物质中引起相当大的关注,因为他们可能会增加电池材料的可持续性。亚博网站下载除了便宜,丰富便捷,这种材料经常倾向于显示理想宏观和微架构和可伸缩的制造技术。亚博网站下载
红木家具行业的副产品,是一种自然多孔材料显示巨大的潜力为钠电池阳极材料。7
的帮助下简单的化学处理,木质素和半纤维素的一部分可能会被删除。随着煅烧温度相对较低(1100oC)、硬碳原子具有更高的收毛孔,减少壁厚(支持Na+扩散)可以实现。
一枝测量表明,化学处理样品(cht - 1100)由更高的收毛孔数量比未经处理的母体化合物(螺母- 1100)。如图4 (a),可见cht - 1100的一枝模式显示一个非常明显的高原中间问地区暗示一个更大的孔隙的内容。
图4 (a)。粉煤灰的化学处理模式(cht - 1100)和未经处理的(螺母- 1100)红木样本。(b)。率放电能力的性能在不同的电流密度(图中单位mA / g)化学处理和未经处理的紫檀样本。2022年信贷:SusMat, DOI: 10.1002 / sus2.60。图片来源:Xenocs SAS
关于电化学性能,很明显从图4 (b),化学处理材料往往表现出显著增强的可逆容量。亚博网站下载
结论
有效的阳极材料的发展是一个至关重要的一步提高亚博网站下载钠电池的表现。这里介绍的工作压力的能力的各种碳基负极材料提供高可逆容量和良好的钠存储。亚博网站下载
自闭毛孔已知的主要微观结构住房Na+离子,理解,并最终开发一个适合生产高能碳阳极的孔隙结构是至关重要的。
在这种背景下,粉煤灰已被证明非常有益的孔隙结构特征,以及披露毛孔的大小和数量及其状态(填充或空的)。
引用
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