记者16日获悉【xī】，南开大学化学学院陈军院士课题【tí】组利【lì】用廉价碳酸钠和碳【tàn】纳米管制备出无钠预【yù】填装“可呼吸”钠-二氧【yǎng】化碳电池。相【xiàng】关成果【guǒ】成为《研究》创【chuàng】刊号【hào】首【shǒu】篇发表文【wén】章。
据介绍，“可呼【hū】吸”电【diàn】池初【chū】级版【bǎn】本是锂-氧电池，放【fàng】电时从空气中获取氧气，充电【diàn】时【shí】再放出【chū】氧气，因此被称【chēng】为【wéi】“可呼吸”电池。由此衍生【shēng】出的可充钠-二氧化碳电池一般以【yǐ】金属钠为负极，碳等【děng】材料为正极，放电时【shí】从外界获取二氧化【huà】碳，充电时再放出二氧化碳。与锂-氧电【diàn】池比，这类电池原料【liào】丰富【fù】、制备方【fāng】便，还资源【yuán】化利【lì】用二【èr】氧化碳气【qì】体【tǐ】，实【shí】现【xiàn】绿色【sè】可持续【xù】发展。
目【mù】前钠-二氧化碳电池开发存在一大【dà】难点：过量【liàng】的金属钠负极容【róng】易【yì】形成枝晶，导致电池短路带来安全隐患【huàn】，且金属【shǔ】钠制备主要是通过【guò】电解熔融氯化【huà】钠或氢氧化【huà】钠，能耗污染大【dà】。陈军课题组克服了碳酸钠导电性差等难点，以【yǐ】溶解析出法在多壁碳纳米管【guǎn】表【biǎo】面上【shàng】制备出【chū】碳酸钠廉价复【fù】合材【cái】料，并以此【cǐ】作【zuò】正极，导电碳作【zuò】负极，首次构建出【chū】无钠预填装“可呼吸”钠-二氧【yǎng】化碳电池。该电【diàn】池通过对【duì】充电容量控制可成功【gōng】抑制【zhì】枝晶形成，安全【quán】性大【dà】大【dà】增【zēng】强【qiáng】，经测试在【zài】截容量为0.3mAh/cm2的条【tiáo】件下【xià】，循环100圈后仍能保证充电【diàn】电压低于4V，课【kè】题【tí】组已组装【zhuāng】出【chū】容量为350mAh、能量密【mì】度为183Wh/kg(基于整个电池质量)的单体电【diàn】池。
碳酸钠在【zài】工业上制备容【róng】易【yì】，碳在自然界中【zhōng】广泛存【cún】在，陈军课题组研究成果避免了负极金属钠的预填装，能有效降【jiàng】低【dī】电池的【de】安全隐患，为安全电池设计【jì】提【tí】供了一【yī】种新思路【lù】。此外，火【huǒ】星大气中含【hán】有【yǒu】95%的二氧【yǎng】化碳【tàn】，这一【yī】无钠预填装【zhuāng】“可呼吸”钠-二氧化碳电池有望【wàng】为火【huǒ】星探测提供一种【zhǒng】潜在电化【huà】学能源系统【tǒng】。
