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(yù)填裝“可呼吸”鈉-二氧化碳電池。相關(guān)成果成為《研究》創(chuàng)刊號首篇發(fā)表文章。

據(jù)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，碳等為正極材料，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(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

目前鈉-二氧化碳電池開發(fā)存在一大難點：過量的金屬鈉負極容易形成枝晶，導(dǎo)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(dǎo)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(fù)合材料，并以此作正極，導(dǎo)電碳作負極，首次構(gòu)建出無鈉預(yù)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(jīng)測試在截容量為0.3mAh/cm2的條件下，循環(huán)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(zhì)量）的單體電池。

碳酸鈉在工業(yè)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(yù)填裝，能有效降低電池的安全隱患，為安全電池設(shè)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(yù)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(tǒng)。

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