钠离子电池是下一代二次电池之一,它使用钠(Na)代替目前的主流电池锂(Li)。 钠是盐的主要成分,其含量是锂的一千倍以上,而且更容易提取和提炼。 此外,与锂相比,钠的反应活性较低,这意味着钠在用于电池时具有更高的电化学稳定性,更有利于快速充放电,同时即使在低温条件下也能保持性能。 尽管钠离子电池具有这些优势,但它也面临着巨大的挑战,包括由于制造工艺的复杂性,钠离子电池的能量密度比锂离子电池低,使用寿命也比锂离子电池短。 与锂离子相比,钠离子的尺寸更大,因此必须使用硬碳,硬碳的层间距比石墨(目前的主流负极材料)更大。 硬碳在自然界中并不存在,因此必须人工合成。 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)在无氧环境中以超过 1000°C 的温度长时间加热。 这种 "碳化 "过程对经济和环境都造成了负担,一直是钠离子电池商业化的主要障碍。
KERI的研究团队提出了一种利用微波技术快速加热的方法。 他们首先将聚合物与少量高导电性碳纳米管混合制成薄膜。 然后,他们在薄膜上施加微波磁场,诱导碳纳米管中的电流,在短短30秒内将薄膜有选择地加热到1400°C以上。 通过多年的研究,KERI已经开发出一种利用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工业流程中引起了广泛关注。 韩国电子研究院的纳米混合技术研究中心被公认为全国领先的碳纳米材料技术中心。 金博士和朴博士利用该中心的能力,大胆尝试钠离子电池阳极材料,并取得了可喜的成果。 他们成功的关键在于团队自己的 "多物理场模拟 "技术。 该技术使他们能够深刻理解微波带宽电磁场作用于纳米材料时发生的复杂过程,从而创造出一种制备钠离子电池阳极材料的新工艺。 该研究发表在 Chemical Engineering Journal 上。
今后,该团队计划继续努力提高其阳极材料的性能,并开发连续大规模生产大面积硬碳薄膜的技术。 他们还看到了微波感应加热技术在其他领域的应用潜力,例如需要高温烧结的全固态电池,这值得进一步研究。 KERI 已经完成了一项国内专利申请,预计这项技术将吸引储能材料相关公司的浓厚兴趣,并有望与潜在的行业合作伙伴达成技术转让协议。