造纸废物木质素可以提高钠电池的能量密度和安全性能

研究人员已经开发出一种新技术，可以使锂电池被更可持续的替代品取代。

伦敦帝国学院的一个团队创造了一种技术，可以使锂离子电池过渡到钠离子电池。通过从木质素（造纸业的一种废弃副产品）中制备碳，研究人员改善了钠离子电池的能量密度、可持续性和安全性。该成果发表在《能源与环境科学》上，可在全球向更绿色能源的过渡中发挥重要作用。

取代锂离子电池

锂离子电池通常用于许多电气设备，但全球锂资源正在迅速减少，采矿作业产生了大量碳足迹。钠离子电池可以提供一种可持续的替代品，如果经过优化，可以用于电动汽车。然而，目前的模型尚未与锂的能量容量相匹配，并构成一些安全风险。

提高电池能量容量的关键在于阳极的材料和设计，它提供了能量储存功能。尽管它们具有超高的理论容量，但仍需要进一步研究以释放用金属钠阳极制造的电池的潜力，并解决这种材料的高活性所带来的风险。

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化学工程系的Titirici小组已经接受了这一挑战，并开发了一种解决方案，即用钠沉积的木质素衍生的碳垫取代钠电池中的大量金属。

木质素纳米纤维的电纺和获得的碳垫的结构。资料来源：ZhenXu/伦敦帝国学院

通讯作者MagdaTitirici教授说。"看到木质素在电池领域利用的新机会及其开发新的钠基技术的潜力是令人激动的，这可能会通过创造高性能、安全和更可持续的电池来彻底改变电动汽车领域。"

纺纱网

在这项研究中，木质素垫的生产采用了一种被称为"电纺"的工艺，木质素纤维以类似于自然界中蜘蛛织网的方式被纺出。然后，这些纤维被碳化，在材料结构中产生许多缺陷。这些缺陷支持金属钠的均匀和稳定沉积，金属钠是负责能量储存的元素，导致能量容量增加。

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通过将金属钠与特别定制的木质素基碳结合起来，能量容量的优势得以保留和利用，同时减少了与树枝状物堆积有关的安全风险--树枝状物会导致电池短路。

与其他方法相比，该工艺还需要更少的热量来使木质素碳化，这进一步减少了制造过程中的碳足迹。

下一步

钠离子电池已在能源领域显示出巨大的前景，但其有限的能量容量迄今限制了其广泛的应用。这项新技术可以使它们在比目前更广泛的范围内取代锂离子电池，并被用于像电动汽车那样大的产品。

共同作者ZhenXu补充说："我们的研究表明，钠离子电池在可持续能源的未来中发挥着巨大的潜力。现在我们希望与工业界合作，在工业规模上开发这项技术，并探索钠离子电池的新应用。"

该团队现在将继续对该技术进行微调，对不同类型的电池进行实验，并开展进一步实验。