电池“呼吸”二氧化碳 充电又快又安全

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近日，南开大学陈军教授团队在利用CO2呼吸的室温可充钠—二氧化碳电池领域取得突破性进展，相关研究成果在《德国应用化学》上发表。

图（a）Na-CO2电池反应示意图；（b,c）正极切面和正面电镜图；（d）控制容量在1000mAh/g下的第1，50,100，150,200圈充放电曲线；（e）循环伏安曲线

“可呼吸”电池的初级版本是锂—氧气电池，它以金属锂作负极，正极为由碳、贵金属或过渡金属氧化物等构成的空气电极，放电时从空气中获取氧气，充电时再放出氧气，因此被誉为“可呼吸”电池。陈军课题组在之前锂—氧气电池研究的基础上，此次成功研发出钠—二氧化碳电池，不仅原料丰富、制备方便，而且增加了实验过程中的安全性。
陈军课题组在钠—二氧化碳电池的研究中，通过理论计算发现Na—CO2电池体系具有高达1100Wh/kg的理论比能量，且Na—CO2电池比Li—CO2等其他金属——二氧化碳电池更容易实现可逆充放电反应，放电时吸收二氧化碳，充电时放出二氧化碳，被称为可呼吸钠—二氧化碳电池。该研究以钠金属片为负极，四甘醇二甲醚处理过的多壁碳纳米管为正极，构架了一个具有优异性能的Na—CO2电池。
正极方面，使用化学修饰的多孔三维网络结构，有效降低电池的极化作用，体现出大容量储电能力。室温下，该电池体系可以循环200次而无明显衰减，表现出很好的可逆充放电活性和稳定性。在4A/g的大电流密度下仍有4000mAh/g的可逆比容量，说明此电池具有良好的高倍率放电性能，可实现快速充放电。这些优异的电池性能为在室温下吸收CO2产生清洁电能源提供了新思路。

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