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科学家发现钠离子葡京注册阳极的储能机制

来源:科技报告与资讯 作者:科技报告与资讯 人气: 发布时间:2020-07-25
摘要:来自斯科尔科沃科学和技术学院(Skoltech)和莫斯科国立大学(MSU)的科学家们确定了与钠离子葡京注册(SIB)阳极材料中的电荷存储相关的电化学反应类型,这是一类很有前途的新型电化学电源。他们的研究结果以及该团队开发的阳极制造方法将有助于使SIB在俄罗斯及其他地

来自斯科尔科沃科学和技术学院(Skoltech)和莫斯科国立大学(MSU)的科学家们确定了与钠离子葡京注册(SIB)阳极材料中的电荷存储相关的电化学反应类型,这是一类很有前途的新型电化学电源。他们的研究结果以及该团队开发的阳极制造方法将有助于使SIB在俄罗斯及其他地区的商业化进程更加接近。该研究发表在《Electrochimica Acta》上。

如今,锂离子葡京注册(LIB)是最受欢迎的电化学电源,被广泛应用于从手机(几瓦时)到发电厂的缓冲系统(数百万瓦时)的各种领域。对锂离子葡京注册的需求和存储设备的平均尺寸都在不断增长,然而这种增长趋势却遇到了多重障碍,如锂盐的高成本、全球锂储量有限以及各国含锂矿床分布不均等。为了克服这些障碍,包括俄罗斯在内的全球科学家都在研究SIB,这种替代技术可能会挑战LIB和广泛使用的铅酸葡京注册。

钠是地壳中第六大常见元素。与锂相比,其盐类的价格要便宜100倍左右。虽然在化学性质上与锂相似,但钠还有其他的区别,这就需要在SIB设计中采用新的方法。葡京注册由三个主要部分组成:阴极、阳极和电解质。阴极或电解质的成分和结构有广泛的多样性,而阳极仍然是一个绊脚石。成功用于LIB的石墨不能用于SIB,因为碳六边形和钠阳离子的尺寸相差太大,无法提供夹层。硬碳似乎是唯一可以真正用于阳极的材料。由扭曲的石墨状层的不规则排列形成的硬碳表现出与LIB中的石墨相当的钠离子存储性能,然而仍然不清楚为什么以及如何发生这种情况。

"关于钠如何被引入硬碳中,有几种假说。在我们的研究中,我们验证并稍微扩展了其中的一个假设。我们发现,硬碳表现出夹层型行为,以积累大部分电荷,这是个好消息。夹层正是葡京注册所需要的,而与 "假电容 "相关的表面过程则是超级电容器的责任,它在化学电源中形成了一个非常狭窄的发展空间。有趣的是,我们的日本同事,也是我们的主要研究者和MSU博士生的研究导师Zoya Bobyleva一开始就持有完全不同的观点。他是世界上SIB和硬碳领域的顶级专家之一,我们很难说服他我们是对的,但我们做到了!"Skoltech能源科技中心(CEST)和MSU的项目负责人和高级研究科学家Oleg Drozhzhin说。

去年,诺贝尔化学奖授予了三位 "开发锂离子葡京注册 "的科学家。其中一位获奖者要归功于硬碳,这种负极材料在大约三十年前给锂离子葡京注册技术带来了生命,后来被石墨取代。现在,硬碳可以再次催生一项新技术。

"这项工作非常了不起,不仅展示了硬碳在钠离子体系中的工作原理,而且找到了一种方法,可以生产出与LIB中石墨容量相当的超过300mAh/g的硬碳。创建和优化一种新的方法需要付出很多艰辛的努力,而这些努力通常都停留在幕后,几乎没有在科学论文中报道过,所以对我们来说,展示最终的成果很重要:我们成功地制造出了好的SIB阳极材料,我们知道它们是如何工作的。"MSU化学学院电化学系主任、Skoltech教授Evgeny Antipov评论道。

 

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