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KAIST开出发高能量钠离子电池 可在几秒钟内快速充满电

盖世汽车 刘丽婷 2024-04-23 10:21:04
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盖世汽车讯 钠(Na)的储量是锂(Li)的500多倍,最近因其在钠离子电池技术中的潜力而受到广泛关注。然而,现有的钠离子电池面临着根本性的限制,包括功率输出较低、存储性能受限和充电时间较长,因此需要开发下一代储能材料。

据外媒报道,由韩国科学技术院(KAIST)材料科学与工程系教授Jeung Ku Kang领导的研究团队开发出一种可快速充电的高能量、高功率混合钠离子电池。

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图片来源:KAIST

相关研究论文由KAIST博士生Jong Hui Choi和Dong Won Kim共同撰写,已发表于期刊《Energy Storage Materials》,标题为“用于高性能钠离子混合储能的3D多孔富氮石墨碳框架的低结晶度导电多价硫化铁嵌入S掺杂阳极和高表面积O掺杂阴极(Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages)。”

该创新的混合储能系统将通常用于电池的阳极材料与适用于超级电容器的阴极集成在一起。这种组合使该设备能够实现高存储容量和快速充放电速率,使其成为锂离子电池的可行的下一代替代品。

然而,开发具有高能量和高功率密度的混合电池需要改进电池型负极的缓慢储能速率,以及增强超级电容器型正极材料的相对较低的容量。

为了解释这一点,Kang教授的团队利用两种不同的金属有机框架来优化混合电池的合成。通过在源自金属有机骨架的多孔碳中包含精细活性材料,这种方法开发出具有改进动力学的阳极材料。

此外,研究团队还合成了高容量阴极材料,并且阴极和阳极材料的组合允许开发钠离子存储系统,优化平衡并最小化电极之间能量存储速率的差异。

组装的全电芯由新开发的阳极和阴极组成,形成高性能混合钠离子储能装置。该器件超越了商用锂离子电池的能量密度,并展现出超级电容器功率密度的特性。预计它将适用于从电动汽车到智能电子设备和航空航天技术等快速充电应用。

Kang教授表示,混合钠离子储能设备能够快速充电,能量密度达到247 Wh/kg,功率密度达到34,748 W/kg,突破了目前储能系统的局限性。Kang教授该钠离子电池预计在包括电动汽车在内的各种电子设备中会有更广泛的应用。

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