新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池研制成功

据介绍，“可呼吸”电池初级版本是锂－氧电池，放电时从空气中获取氧气，充电时再放出氧气，因此被称为“可呼吸”电池。由此衍生出的可充钠－二氧化碳电池一般以金属钠为负极，碳等材料为正极，放电时从外界获取二氧化碳，充电时再放出二氧化碳。与锂－氧电池比，这类电池原料丰富、制备方便，还资源化利用二氧化碳气体，实现绿色可持续发展。
 

目前钠－二氧化碳电池开发存在一大难点：过量的金属钠负极容易形成枝晶，导致电池短路带来安全隐患，且金属钠制备主要是通过电解熔融氯化钠或氢氧化钠，能耗污染大。陈军课题组克服了碳酸钠导电性差等难点，以溶解析出法在多壁碳纳米管表面上制备出碳酸钠廉价复合材料，并以此作正极，导电碳作负极，首次构建出无钠预填装“可呼吸”钠－二氧化碳电池。该电池通过对充电容量控制可成功抑制枝晶形成，安全性大大增强，经测试在截容量为0．3mAh／cm2的条件下，循环100圈后仍能保证充电电压低于4V，课题组已组装出容量为350mAh、能量密度为183Wh／kg（基于整个电池质量）的单体电池。

碳酸钠在工业上制备容易，碳在自然界中广泛存在，陈军课题组研究成果避免了负极金属钠的预填装，能有效降低电池的安全隐患，为安全电池设计提供了一种新思路。此外，火星大气中含有95％的二氧化碳，这一无钠预填装“可呼吸”钠－二氧化碳电池有望为火星探测提供一种潜在电化学能源系统。