新型“可呼吸”鈉-二氧化碳電池研制成功 新鋰—氧電池或可釋放全部儲能

• 2018年9月17日 FanTianQing來源：新浪網、網易科技 1012 64
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新型“可呼吸”鈉-二氧化碳電池研制成功。

據科技日報報道，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、制備方便，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，且金屬鈉制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制備出碳酸鈉廉價復合材料，并以此作正極，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圈后仍能保證充電電壓低于4V，課題組已組裝出容量為350mAh、能量密度為183Wh/kg（基于整個電池質量）的單體電池。

碳酸鈉在工業上制備容易，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。

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據英國《科學新聞》網站近日報道，加拿大科學家在日前出版的《科學》雜志上撰文指出，他們對鋰—氧電池進行了重新設計，得到的新電池幾乎能將所有儲能全部釋放，且充放電次數達150次，未來有望為電動汽車、潛艇等提供更可靠、更能源密集的電源。

與典型的鋰離子電池相比，鋰—氧電池的能量密度更大，且由更可持續的材料制成，但它仍未“飛入尋常百姓家”的主要原因在于其壽命不長。

研究人員解釋，一般鋰—氧電池會形成過氧化鋰，且產生不需要的化學副產物，這會浪費能源。因此，鋰—氧電池只能將約80%的儲能輸送給它所供電的設備。美國阿貢國家實驗室材料化學家拉里·柯蒂斯指出，這些化學物質也會損壞電池的電解液和陰極，使其在充電幾十次后就“偃旗息鼓”。

為制造出更好的鋰—氧電池，滑鐵盧大學的化學家琳達·納扎爾及同事用無機熔鹽代替了常用的有機電解質，用金屬基替代了標準的碳基陰極。在得到的新電池中，氧氣與鋰形成氧化鋰，可以比生成過氧化鋰多儲存50%的能量。更重要的是，氧化鋰不會產生化學副產物，這使新的鋰—氧電池幾乎能將所有儲能釋放給其他設備，而且比其他鋰—氧電池充電次數更多。

柯蒂斯說，新電池未來有望用于為電動汽車提供動力，但在實際應用之前還有很長的路要走，“因為新電池必須加熱到至少150℃才能工作”。

麻省理工學院能源和材料研究員楊紹恩（音譯）評論稱，改變電解液中的物質或許可降低電池的工作溫度，新鋰—氧電池還可作為飛機、航天器和潛艇的緊湊型電源。

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