在全球能源短缺和环境污染加剧的背景下，发展清洁、可持续的能源存储方案迫在眉睫。锂离子电池作为当今广泛应用的储能设备，在新能源汽车和可再生能源领域具有重要作用。然而，传统锂电池负极材料多依赖于不可再生资源，如石油焦、沥青和天然石墨，亟需找到更加环保、可持续的替代材料。武汉大学研究团队提出了一项新技术，通过熔盐电解法捕获二氧化碳并转化为高石墨化碳材料，再利用焦耳加热技术进行改质，制备出具有优良电化学性能的锂电池负极材料。这一研究成果近日发表在国际知名期刊Carbon上，为绿色负极材料的发展提供了重要的技术支撑。
2024年10月30日，武汉大学汪的华教授、杜开发和李闻淼博士在Carbon期刊上发表了该研究，论文详细探讨了如何利用百安级熔盐电解池捕获二氧化碳，并通过焦耳加热在2800°C的高温下对生成的碳材料进行石墨化改质。通过这种处理方法，研究团队成功地将无定形碳转化为高石墨化程度的碳负极材料。实验结果表明，这种新材料在1 A g⁻¹电流密度下经过300次循环后容量保持率几乎不变，表现出卓越的电化学性能。
图1：CO₂转化流程
图1展示了从CO₂捕获、熔盐电解到最终制备石墨负极材料的全过程。电解过程中，百安级熔盐电解池通过高效的电化学转化将二氧化碳生成碳材料。
图2：结构特征对比
二氧化碳衍生碳材料在焦耳加热改质前后发生了显著变化，由无定形碳向高度石墨化碳转变。XRD和拉曼光谱显示，改质后的材料具有更高的结晶度和结构有序性。
图3：复合材料结构
通过与沥青和石油焦复合改性，材料的导电性和循环稳定性显著提高。SEM图像进一步显示了不同复合材料的颗粒结构变化。
图4：电化学性能
该图展示了不同复合材料在电化学性能上的对比。以AG-2/2/6材料为例，在1 A g⁻¹的电流密度下经过300次循环后，显示出良好的倍率性能和循环稳定性。
图5：XPS分析
焦耳加热后材料中C-C键含量增加，C-O键减少，表明材料石墨化程度提升。XPS光谱进一步证实了这一转化过程，极大提升了材料的电池性能。
本研究成功展示了通过熔盐电解CO₂、焦耳加热改质制备高石墨化碳材料的新方法，显著提高了二氧化碳衍生碳材料的电化学性能。这一方法不仅缓解了环境压力，同时在锂离子电池负极材料的绿色制备方面具有重要应用潜力。
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