环境友好,价格低廉——基于双碳电极的钠双离子电池

AENM-lubingan当今可充电电池体系中,双离子电池以其高容量、低成本等优点,在电池领域备受关注。目前,双离子电池研究中的阳离子主要是锂离子,而锂资源储量有限,价格昂贵。相比之下,钠离子的储量丰富,价格低廉,可以替换传统的锂离子作为双离子电池中的阳离子,但其半径较大,不易于嵌入石墨中,导致了目前关于钠基双离子电池的研究依然局限于半电池层面。因而寻找合适的负极材料以及完善钠双离子电池负极的设计思路依然是很大的挑战。

近期,湖南大学鲁兵安教授团队首次采用软碳作为双离子电池的负极材料进行电池组装—— 软碳(负极)| 1 M NaPF6 EC:DMC (6:4, v/v) (电解质)| 石墨 (正极)。首次放电容量可达103 mAh g-1, 在200 mA g-1的电流密度下,放电电压平台大约为3.58 V; 在1000 mA g-1的电流密度下,800个充放电循环后,比容量依然可达54 mAh g-1,为第二次放电容量(66.0 mAh g-1)的81.8%。此外,研究人员利用原位XRD和高分辨透射电镜等研究了双离子电池的工作机理。原位XRD证明了六氟磷酸根离子在充放电过程中从石墨中嵌入和脱出。高分辨透射电镜追踪软碳的层间距的变化发现:充电后软碳的层间距由0.39 nm变成了0.44 nm,放电后软碳的层间距又恢复到了0.39 nm。基于软碳高性能廉价与环保的双碳基钠双离子电池有望在未来成为大规模储能器件的可能。该工作为发展高性能钠双离子电池提供了新的思路。相关工作发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201602778)上。