巴斯克大学（EHU）的一项最新研究显示，生物质有望替代商业电池中部分关键材料，从而提升电池技术的可持续性。相关成果已发表在《电源学报》（Journal of Power Sources）。

EHU“材料与固态”研究小组的Nekane Nieto博士证明，用生物质制备的电池不仅能够储存足够的能量，还可以经受多达 1000 次充放电循环。这一结果为开发比传统电池更环保、成本更低、污染更小的替代方案提供了新思路。

钠离子电池的机遇与挑战

过去几十年里，钠离子电池因钠在地壳中储量丰富、价格低廉且获取方便而备受关注。与广泛应用但环境负担较重的锂离子电池相比，钠离子电池在成本和对矿产资源依赖方面更具优势。

然而，钠离子电池也存在明显短板，例如能量密度偏低、循环寿命有限等，这些问题制约了其大规模商业化应用。

“目前几乎所有电动汽车和小型电子设备都在使用锂离子电池。锂以及制造这类电池所需的钴、镍、锰等元素，都被欧盟列入关键原材料清单，我们必须努力减少这些材料的使用。”Nieto 博士表示。基于此，EHU“材料与固态”小组正致力于开发以生物质为基础的钠离子电池。

用废弃生物质制备电池负极

一块电池通常由正极（阴极）、负极（阳极）和电解质构成。电解质负责在两个电极之间传导电荷，从而产生电流。

EHU团队的研究重点是利用来自巴斯克自治区（ACBC）的废弃生物质制备碳材料，用作钠离子电池的负极。换句话说，就是将原本被丢弃的生物废弃物转化为可用于电池的功能材料。

“我们的目标是制造尽可能可持续的电池。”Nieto 解释道。

纽扣电池实验：向日葵籽壳表现最佳

在这项工作中，研究人员尝试了多种生物质来源，包括咖啡渣、植物茎、入侵灌木物种、葡萄籽和果皮、玉米棒，甚至由生物废弃物制成的堆肥等。

“在所有测试的材料中，由向日葵籽壳制备的碳材料表现最为出色。”Nieto 指出。

在优化了以向日葵籽壳为原料制备的负极后，团队将其与多种不同的正极材料进行组合，制成可充电纽扣电池。这些正极中含有钒、铁和/或钛等元素，这些元素不属于关键原材料，且在电池中的用量相对较少。

在此基础上，研究团队开展了生命周期分析，评估不同负极/正极组合在电池性能和环境影响之间的平衡，以找出既高效又更环保的方案。

“与目前文献中已有的结果相比，我们取得了非常有竞争力的性能。这些基于向日葵籽壳的可充电电池，既能储存足够的能量，又可以承受多达 1000 次充放电循环，同时针对不同应用选择了环境影响最低的正极化学体系。”研究人员表示。

Nieto 强调，使用“生物质材料和非关键材料成分来制造电池”具有重要意义。

应用前景与下一步方向

Nieto 也坦言，目前这类电池的整体性能尚不足以直接与主流锂离子电池竞争，但已经可以作为辅助储能系统或用于小型设备。团队正在继续推进更大容量电池的开发工作。

她指出：“我们不应只盯着市场上已有的电池技术。完全可以通过多种路径提升可持续性，例如利用目前尚未被充分利用的废弃物来制造电池。必须意识到，我们需要为锂离子电池寻找替代方案。未来，工业界很可能会根据不同应用需求，采用不同类型的废弃物来生产电池。”