KERI利用微波技术快速制备硬碳阳极 用于钠离子电池

盖世汽车讯 据外媒报道，由韩国电气研究院（KERI）纳米混合技术研究中心领导的团队开发出一种加工技术，利用微波感应加热，可以在30秒内快速制备硬碳阳极，以用于钠离子电池。相关研究发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。

（图片来源：韩国电气研究院）

作为下一代二次电池之一，钠离子电池具有诸多优势。举例来说，钠的储量远比锂丰富，且更容易提取；而且与锂相比，钠的反应性较低，因此具有更高的电化学稳定性，更有利于电池快速充放电，同时即使在低温下也能保持性能。尽管如此，钠离子电池也面临着重大挑战，由于制造工艺复杂，与锂离子电池相比其能量密度较低、使用寿命较短。钠离子的尺寸比锂离子大，因此需要使用硬碳。比起当前使用的石墨阳极材料，硬碳的层间距更大。

硬碳在自然界中不存在，因此必须进行合成。制备过程非常复杂，需要将碳氢化合物材料（植物和聚合物的主要成分）在超过1000°C的无氧环境中长时间加热。这种“碳化”过程会产生较大的经济和环境影响，一直是钠离子电池商业化的关键障碍。

在这项研究中，该团队提出了一种利用微波技术的快速加热方法，这种技术常见于厨房的微波炉。首先，研究人员通过混合聚合物与少量高导电性碳纳米管来创建薄膜。然后，将微波磁场施加到薄膜上，使碳纳米管中感应出电流，在短短30秒内将薄膜选择性地加热到1400°C以上。

经过多年的研究，KERI开发了通过微波磁场均匀热处理金属等导电薄膜的技术。这项技术在显示器和半导体等领域受到关注。KERI的纳米混合技术研究中心（Nano Hybrid Technology Research Center）被视为韩国先进的碳纳米材料技术中心。Daeho Kim和Jong Hwan Park博士利用该中心的能力开发了钠离子电池阳极材料，并取得了富有前景的成果。

此次成功的关键在于该团队自主研发的“多物理场模拟（multiphysics simulation）”技术。这使研究人员能够深入了解微波频段电磁场作用于纳米材料时发生的复杂过程，并由此创造出一种制备钠离子电池阳极材料的新工艺。

研究负责人表示，由于最近发生的电动汽车起火事故，人们日益关注更安全且在寒冷条件下运行良好的钠离子电池。然而，阳极碳化工艺在能源效率和成本方面存在明显劣势。这种微波感应加热技术可以快速轻松地制备硬碳，将有助于实现钠离子电池商业化。

该团队计划，未来进一步提升这种阳极材料的性能，并开发连续量产大面积硬碳膜的技术。另外，研究人员认为，这种微波感应加热技术在其他领域具有应用潜力，例如需要高温烧结的全固态电池，值得进一步研究。

KERI已在韩国完成专利申请。研究人员预计这项技术将吸引储能材料公司的极大兴趣，并期待与潜在行业合作伙伴达成技术转让协议。