通過化學(xué)反應(yīng)，淀粉被用來制備了一種鈉離子電池負(fù)極材料——硬炭。近日，中科院山西煤化所陳成猛研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，正是利用酯化改性后的淀粉，通過低溫氫氣還原和高溫炭化反應(yīng)制備了鈉離子電池負(fù)極材料，相關(guān)論文已在權(quán)威雜志上發(fā)表。

當(dāng)下，市場上可充電的電池主要是鋰離子電池（鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)與設(shè)備研討會），占據(jù)著八成以上的市場份額。但是，我國目前用于制備鋰離子電池的鋰資源主要依賴于進(jìn)口，成本較高。與之相比，鈉資源分布廣泛，成本低，且鈉離子電池高低溫性能優(yōu)異，安全性也更加穩(wěn)定。隨著鈉離子電池體系的不斷完善以及學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的積極互動，有望推動鈉離子電池在新能源汽車、大規(guī)模儲能以及儲能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域中應(yīng)用，是一種很有市場前景的新技術(shù)。

一直以來，科研人員發(fā)現(xiàn)，硬炭首次庫倫效率較低是阻礙其在鈉離子電池中實際應(yīng)用的主要原因。因此研發(fā)儲鈉效率更高且廉價穩(wěn)定的負(fù)極材料，是急需突破的關(guān)鍵核心技術(shù)。值得注意的是，硬炭材料的性能不僅與制備方式有關(guān)，而且很大程度上取決于所用前驅(qū)體的性質(zhì)。制備硬炭的前驅(qū)體一般具有熱固性的樹脂、聚合物以及生物質(zhì)等。除碳以外，氧是眾多前驅(qū)體中存在最多的元素，并且在高溫?zé)峤饧疤炕^程中不斷釋放。因此前驅(qū)體中氧含量的多少將會影響其熱解過程以及最終炭材料的微觀結(jié)構(gòu)。

根據(jù)這一設(shè)想，中科院山西煤化所陳成猛研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，利用低溫氫氣還原策略對酯化淀粉原料進(jìn)行預(yù)處理，通過改變反應(yīng)溫度來調(diào)節(jié)反應(yīng)產(chǎn)物前驅(qū)體中氧元素含量。隨后，又對不同樣品進(jìn)一步高溫炭化，制備了硬炭材料，也就是通過氧元素含量的變化實現(xiàn)了對最終產(chǎn)物——硬炭的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控。

為研究不同的氫氣還原反應(yīng)溫度對最終材料結(jié)構(gòu)的影響，科研人員選擇了多個還原溫度展開試驗，有力證實了氧元素含量對硬炭材料性能的影響?！敖陙恚c離子電池因其生產(chǎn)成本低、安全性能高等優(yōu)勢，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注以及戰(zhàn)略布局。”陳成猛研究員進(jìn)一步介紹說，作為該類電池的電極材料（鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)與設(shè)備研討會），硬炭因其結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)勢更適合于存儲半徑較大的鈉離子，并且具有成本低、綠色可持續(xù)性等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

目前的研究成果對于后續(xù)進(jìn)行高性能硬炭材料的開發(fā)奠定了很好的基礎(chǔ)，下一步科研團(tuán)隊還會從原材料出發(fā)，構(gòu)建該材料的結(jié)構(gòu)模型并搭建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并針對特定應(yīng)用場景進(jìn)行硬炭材料的開發(fā)，例如高功率、超低溫以及高溫等。

除了電極材料本身外，團(tuán)隊也將持續(xù)關(guān)注鈉離子電池的電解液、隔膜等與硬炭材料匹配性方面的研究。

“我們相信以硬炭作為負(fù)極的鈉離子電池將會走出實驗室進(jìn)入人們的生活。結(jié)合鈉離子的電池的成本和能量密度，其在低速汽車、大規(guī)模儲能以及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?！标惓擅驼f。