UNSW提议重复利用汽车粉碎机残渣中的硬碳 用作钠离子电池的阳极材料

盖世汽车讯 据外媒报道，来自澳大利亚新南威尔士大学悉尼分校的（UNSW Sydney）的研究人员在期刊《Power Sources》上发表了一篇开放获取论文。报告称，可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。

图片来源：期刊《Power Sources》

作为NIB阳极材料的石墨的局限性为其他碳质材料用作NIB阳极材料铺平了道路。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+离子可以很容易地储存在膨胀石墨层、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。尽管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阳极材料提供的比容量在200mAh/g至300mAh/g之间。

全球每年会产生约5000万吨报废车辆（ELV）。而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，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%。