钠电池新突破：双面石墨烯让容量增长10倍有余

无论是制成特殊泡沫作为热开关，还是与陶瓷混合形成超强的电解质，石墨烯正以一些有趣的方式塑造着电池技术的未来。现在，来自瑞典的科学家又将这种神奇材料应用到可持续的钠电池中，从而让容量比传统钠电池增长了十倍有余。

在改进和创造电池设计的道路上，科学家已经广泛注意到了地球蕴藏丰富的钠，是目前锂离子电池的优秀替代者。这些钠离子电池的功能很像今天的锂离子电池，通过在液态电解质中的一对电极之间穿梭离子来发电，但就目前而言，它们的性能还不尽如人意。

部分原因是钠离子的尺寸比锂离子大，所以它们不能很好地与由石墨烯堆叠层组成的石墨电极融合。通常情况下，随着电池的循环，离子将自由地进出石墨电极，这个过程被称为插层（intercalation），但体积较大的钠离子无法有效地储存在结构内。这大大阻碍了钠离子电池的性能，使其容量约为 35 mAh/g，是锂离子化学的十分之一。

为了寻求这一问题的解决方案，查尔姆斯理工大学的科学家们转向了一种具有特殊性质的新型石墨烯。该团队的 Janus 石墨烯以一位因拥有两张脸而闻名的罗马神命名，其特点是只有一面的分子既是间隔物，又是钠离子的活性互动点。

我们之前已经看到这种思维被应用于所谓的 Janus 粒子，例如，允许球体既吸引又排斥水。在这种情况下，只在石墨烯材料的一个面上发现的分子促进了堆叠片之间的静电相互作用，同时也在它们之间创造了更多的空间，该团队发现这带来了容量的巨大收益。

团队成员孙金华（Jinhua Sun，音译）解释说：“我们在石墨烯层的一侧添加了一个分子间隔。当这些层叠在一起时，分子在石墨烯片之间创造了更大的空间，并提供了一个互动点，这导致了容量的大幅提高”。

通过使用他们的新型Janus石墨烯而不是石墨，科学家们在他们的实验性钠电池中实现了332 mAh/g的容量，这比传统设计高出约10倍，并接近石墨中的锂容量。