研究人员提出5种策略 突破钠离子电池中碳基材料的局限性

人们越来越意识到，环境危机迫在眉睫，因此科学家们开始积极寻找可持续的能源。可充电电池（如锂离子电池）被迅速普及，与此同时，“绿色”技术产品，如电动船和其他电动车辆也得到了不断发展。但由于锂资源稀有且难以分配，其可持续性受到质疑，同时还存在成本急剧上升的风险。

因此，研究人员转向研究钠离子电池（SIBs），其在电化学方面与锂离子电池类似，并具有更多钠离子、生产成本更低等优点。但是，当前SIBs中的标准负极材料为石墨，而石墨在钠离子的作用下热力学会不稳定，因此会导致电池可逆容量（存储能力衡量标准）和性能降低。

（图片来源： 韩国海事和海洋大学 ）

据外媒报道，韩国海事和海洋大学的研究人员开始寻找一种适用于SIBs的非石墨负极材料。首席科学家Jun Kang博士称：“由于SIBs的性能不佳，仅为锂离子电池容量的1/10，因此找到一种可以替代石墨，同时又保持其成本低且稳定特质的高效负极材料至关重要。”

科学家们公布了以下策略，以突破SIBs中碳基负极材料的局限性：（1）采用分层的多孔结构，促进Na+从电解质的主体区域快速迁移到活性物质界面；（2）保留Na+迁移至界面的较大比表面积，从而在活性材料中可被访问；（3）保留能够从表面到内部共嵌入的表面缺陷和孔结构；（4）保留由缺陷和孔隙插入到活性材料中的Na+中的纳米结构，这些缺陷和孔隙具有短扩散路径；（5）增加活性位点的数量，因为元素通过异质元素掺杂而产生外在缺陷。这些策略显著改善了电池的电化学性能，甚至超越当前锂离子电池。

在之前的两项研究中，研究人员使用磷和硫元素成功对以上策略进行了测试。Kang博士对此项技术的潜在应用非常乐观，如电动船和电动车辆、无人机及高性能CPU。他表示：“这五个策略可提供良好的容量保持能力、可逆容量、超高循环稳定性、高初始库伦效率（80％）和出色的倍率性能。这意味着，即使使用率很高，电池寿命也会很长。”

鉴于钠离子比锂离子更具优势，因此，此项研究发现将给可持续、廉价、高性能电池的工程设计带来重大影响，使人类距未来的节能世界更进一步。