研究人員已經開發出一種新技術，可以使鋰電池被更可持續的替代品取代。

倫敦帝國學院的一個團隊創造了一種技術，可以使鋰離子電池過渡到鈉離子電池。通過從木質素（造紙業的一種廢棄副產品）中制備碳，研究人員改善了鈉離子電池的能量密度、可持續性和安全性。該成果發表在《能源與環境科學》上，可在全球向更綠色能源的過渡中發揮重要作用。

取代鋰離子電池

鋰離子電池通常用于許多電氣設備，但全球鋰資源正在迅速減少，采礦作業產生了大量碳足跡。鈉離子電池可以提供一種可持續的替代品，如果經過優化，可以用于電動汽車。然而，目前的模型尚未與鋰的能量容量相匹配，并構成一些安全風險。

提高電池能量容量的關鍵在于陽極的材料和設計，它提供了能量儲存功能。盡管它們具有超高的理論容量，但仍需要進一步研究以釋放用金屬鈉陽極制造的電池的潛力，并解決這種材料的高活性所帶來的風險。

化學工程系的Titirici小組已經接受了這一挑戰，并開發了一種解決方案，即用鈉沉積的木質素衍生的碳墊取代鈉電池中的大量金屬。

木質素納米纖維的電紡和獲得的碳墊的結構。資料來源：ZhenXu/倫敦帝國學院

通訊作者MagdaTitirici教授說。"看到木質素在電池領域利用的新機會及其開發新的鈉基技術的潛力是令人激動的，這可能會通過創造高性能、安全和更可持續的電池來徹底改變電動汽車領域。"

紡紗網

在這項研究中，木質素墊的生產采用了一種被稱為"電紡"的工藝，木質素纖維以類似于自然界中蜘蛛織網的方式被紡出。然后，這些纖維被碳化，在材料結構中產生許多缺陷。這些缺陷支持金屬鈉的均勻和穩定沉積，金屬鈉是負責能量儲存的元素，導致能量容量增加。

通過將金屬鈉與特別定制的木質素基碳結合起來，能量容量的優勢得以保留和利用，同時減少了與樹枝狀物堆積有關的安全風險--樹枝狀物會導致電池短路。

與其他方法相比，該工藝還需要更少的熱量來使木質素碳化，這進一步減少了制造過程中的碳足跡。

下一步

鈉離子電池已在能源領域顯示出巨大的前景，但其有限的能量容量迄今限制了其廣泛的應用。這項新技術可以使它們在比目前更廣泛的范圍內取代鋰離子電池，并被用于像電動汽車那樣大的產品。

共同作者ZhenXu補充說："我們的研究表明，鈉離子電池在可持續能源的未來中發揮著巨大的潛力。現在我們希望與工業界合作，在工業規模上開發這項技術，并探索鈉離子電池的新應用。"

該團隊現在將繼續對該技術進行微調，對不同類型的電池進行實驗，并開展進一步實驗。