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“可呼吸”的钠-二氧化碳电池取得突破性进展

导读: “可呼吸”电池的初级版本是锂-氧气电池:它以金属锂作负极,正极为由碳、贵金属或过渡金属氧化物等构成的空气电极,放电时从空气中获取氧气,充电时再放出氧气,因此被称为“可呼吸”电池。

  近日,南开大学化学学院教授陈军团队在利用CO2呼吸的可充室温钠-二氧化碳电池领域取得突破性进展,相关研究成果以“可充室温钠-二氧化碳电池”为题在《德国应用化学》上发表后,英国皇家化学会《化学世界》以“首次可充的有前途电池技术”为题作了报道。

  “可呼吸”电池的初级版本是锂-氧气电池:它以金属锂作负极,正极为由碳、贵金属或过渡金属氧化物等构成的空气电极,放电时从空气中获取氧气,充电时再放出氧气,因此被称为“可呼吸”电池。锂-氧气电池的研究是当今新能源领域的热点和难点,国内外许多高校和研究机构都致力于此。陈军团队在之前锂-氧气电池研究的基础上,成功研发出钠-二氧化碳电池,不仅原料丰富、制备方便,同时,将二氧化碳变废为宝,实现了资源化利用。

  陈军带领课题组在钠-二氧化碳电池的研究中,通过理论计算发现该电池体系具有高达1100Wh/kg的理论比能量,并且比其他金属-二氧化碳电池更容易实现可逆充放电反应。由于其放电时吸收二氧化碳,充电时也释放出二氧化碳,因此被称为“可呼吸钠-二氧化碳电池”。该研究以钠金属片为负极,四甘醇二甲醚处理过的多壁碳纳米管为正极,构架了一个具有优异性能的钠-二氧化碳电池。室温下,该电池体系可以循环200次而无明显衰减,表现出很好的可逆充放电活性和稳定性。在4A/g的大电流密度下仍有4000mAh/g的可逆比容量,说明此电池具有良好的高倍率放电性能,可实现快速充放电。

  陈军介绍,金属-气体电池存在诸多科学技术难题。“但是,金属-二氧化碳电池具有高比能量、高功率密度等特点,电极活性物质廉价易得,特别是利用二氧化碳作为活性材料产生电能,意味着该电池系统有望在这种温室气体富集的地方提供稳定的能量源泉。”

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