新南威尔士大学团队提议将汽车粉碎机残渣中的硬碳用作钠离子电池阳极材料

来自澳大利亚新南威尔士大学悉尼分校的研究人员在《电源杂志》上发表了一篇开放获取论文，报告了使用从汽车粉碎机残渣 (ASR) 中提取的硬碳作为钠离子电池 (NIB) 合适的阳极电活性材料。

石墨作为NIB负极材料的局限性为其他碳质材料用作NIB负极材料铺平了道路。例如，各种非石墨碳质材料（如硬碳、软碳和无定形碳）已作为 NIB 的阳极材料进行了测试。在所有这些碳质材料中，硬碳由于其高热稳定性、低成本和可用性而受到特别关注。硬碳由随机取向的微区和松散堆叠的石墨烯层组成，层间距比石墨大。在硬碳中，Na ⁺离子很容易储存在膨胀石墨层、石墨烯平面的缺陷以及随机堆叠的石墨层之间的纳米空隙中。

硬碳的大层间距在Na ⁺离子插入过程中起到缓冲作用，因为它有助于避免Na ⁺离子插入引起的体积变化。相反，与硬碳相比，软碳具有更少量的纳米空隙和更小的层间距。虽然软碳含有一定量的乱层碳，但软碳中的Na ⁺离子存储量低于硬碳。

对于石墨来说，情况要糟糕得多。有序堆叠的石墨烯层和不存在纳米空隙使得石墨能够在石墨烯边缘储存极少量的Na ^+离子。硬碳独特的微观结构有利于电化学操作过程中NIB中的钠化/脱钠过程。最近对硬碳的研究表明，大多数硬碳作为NIB负极材料提供的比容量在200mAh/g至300mAh/g之间。

每年产生约 5000 万吨报废车辆 (ELV)。ELV 通常含有 70-75% 黑色金属、5% 有色金属和 20-25% 汽车破碎残渣 (ASR)。研究人员表示，预计到 2030 年底，ASR 的产量将达到 900 万吨。ASR 通常包含塑料 (35–55%)、橡胶 (10–20%)、木材 (15–40%) 以及纺织品和其他材料 (5–15%)。

在这项研究中，在 700 °C、900 °C 和 1100 °C 下由 ASR 合成了三种碳材料。

通过一步选择性热转化制备的 ASR 衍生硬碳含有缺陷、杂原子、纳米孔和具有扩大层间距的有序碳区域。在所有硬碳中，在1100℃下合成的硬碳由于其改善的结构和形态特性而表现出更好的电化学性能。

电化学研究表明，在 1100 ℃ 下合成的硬碳在电流密度为 10 mA/g 时提供了 434 mAh/g 的初始可逆容量，100 次循环后容量保持率为 53%。找有价值的信息，请记住Byteclicks.com