用“淀粉”做负极钠离子电池性能更好

你能想象吗？通过化学反应，淀粉可能成为电池的一部分。近日，中科院山西煤炭化学研究所陈承蒙研究员带领的研究团队利用酯化淀粉，通过低温氢还原和高温碳化反应，制备了钠离子电池负极材料硬碳。相关论文发表在储能领域的顶级期刊《储能材料》上。

有必要开发低成本且稳定的具有更高钠储存效率的阳极材料。

目前，锂离子电池几乎充斥着充电电池市场。目前国内用于制备锂离子电池的锂资源主要依赖进口，成本较高。相比之下，钠资源分布广泛，成本低廉，钠离子电池具有优异的高低温性能和更加稳定的安全性，因此钠离子电池系统越来越受到重视。

陈成猛介绍，随着钠离子电池体系的不断完善和学术界、产业界的积极互动，钠离子电池有望在新能源汽车、大规模储能、储能电网等多个领域得到应用，是一项极具市场前景的新技术。

硬碳作为一种新型负极材料，被认为是钠离子电池最有前途的负极材料。它由类石墨微晶和开角微晶组成。这种独特的微晶结构不仅能提供丰富的钠储存位，而且因其稳定的骨架结构和较低的工作电位而备受关注。

然而，研究人员发现钠离子电池在实际应用中存在一些障碍，其中硬碳电极的比容量和首次库仑效率普遍较低，严重限制了钠离子电池的整体电化学性能。因此，有必要开发一种廉价、稳定、钠存储效率更高的阳极材料。

为了进一步提高硬碳的储钠性能，常见的解决方法是在硬碳表面包覆、改性、掺杂杂原子，或者高温碳化来控制其微观结构。然而，制备方法的高能耗和复杂性以及掺杂碳材料的高工作潜力需要进一步优化。

硬碳的微观结构可以通过氧含量的变化来调节。

陈承蒙介绍，硬碳是由包括糖类、聚合物、生物质在内的多种前驱体在高温下碳化而成。在研究过程中，陈承蒙研究团队发现，硬碳的性能不仅与制备方法有关，而且很大程度上取决于所用前驱体的性质。

用于制备硬碳的前体通常是热固性树脂、聚合物、生物质等。除了碳，氧是许多前驱体中含量最丰富的元素，在高温热解和碳化过程中不断释放。”因此，陈成猛表示，前驱体中的氧含量会影响其热解过程和最终硬质碳的微观结构。

根据这一假设，陈承蒙研究团队采用低温氢还原策略对酯化淀粉原料进行预处理，通过改变反应温度来调节反应产物前驱体中的氧含量。然后，他们在高温下不同反应温度下碳化样品制备硬碳，即通过氧含量的变化来控制最终产物——硬碳的微观结构。

为了研究不同氢还原反应温度对最终材料结构的影响，研究人员选取了几个还原温度进行实验，有力地证实了氧含量对硬碳性质的影响。

虽然目前的研究成果已经为后续开发高性能硬碳打下了良好的基础，但同时，陈成猛也提到，硬碳受不同前驱体和制备条件的影响，其实际结构非常复杂，很难建立通用模型。

陈成猛表示，下一步，团队将从原材料出发，构建硬碳的结构模型，建立相应的数据库，针对特定的应用场景，如高功率、超低温、高温等，开发硬碳。

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