新型“可呼吸”鈉-二氧化碳電池研製成功

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天津9月16日電 （記者孫玉松 通訊員馬超）記者16日獲悉，南開大學化學學院陳軍院士課題組利用廉價碳酸鈉和碳納米管制備出無鈉預填裝“可呼吸”鈉-二氧化碳電池。相關成果成為《研究》創刊號首篇發表文章。

據介紹，“可呼吸”電池初級版本是鋰-氧電池，放電時從空氣中獲取氧氣，充電時再放出氧氣，因此被稱為“可呼吸”電池。由此衍生出的可充鈉-二氧化碳電池一般以金屬鈉為負極，碳等材料為正極，放電時從外界獲取二氧化碳，充電時再放出二氧化碳。與鋰-氧電池比，這類電池原料豐富、製備方便，還資源化利用二氧化碳氣體，實現綠色可持續發展。

目前鈉-二氧化碳電池開發存在一大難點：過量的金屬鈉負極容易形成枝晶，導致電池短路帶來安全隱患，且金屬鈉製備主要是通過電解熔融氯化鈉或氫氧化鈉，能耗污染大。陳軍課題組克服了碳酸鈉導電性差等難點，以溶解析出法在多壁碳納米管表面上製備出碳酸鈉廉價複合材料，並以此作正極，導電碳作負極，首次構建出無鈉預填裝“可呼吸”鈉-二氧化碳電池。該電池通過對充電容量控制可成功抑制枝晶形成，安全性大大增強，經測試在截容量為0.3mAh/cm2的條件下，循環100圈後仍能保證充電電壓低於4V，課題組已組裝出容量為350mAh、能量密度為183Wh/kg（基於整個電池質量）的單體電池。

碳酸鈉在工業上製備容易，碳在自然界中廣泛存在，陳軍課題組研究成果避免了負極金屬鈉的預填裝，能有效降低電池的安全隱患，為安全電池設計提供了一種新思路。此外，火星大氣中含有95%的二氧化碳，這一無鈉預填裝“可呼吸”鈉-二氧化碳電池有望為火星探測提供一種潛在電化學能源系統。