布里斯托尔大学开发新策略 用于制造高性能钠和钾离子电池

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。

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。