Small: 基于TiO2纳米晶修饰和硫掺杂碳纤维负极的钠离子全电池

锂离子电池具有高容量、高能量密度和高安全性等特点被广泛应用于小型移动电子设备和大型电动汽车等领域。一方面,由于锂元素在地球上的分布及其不均衡,且储量相对较少,其可持续发展受到严重挑战。钠元素与锂元素具有相似的性质,因此钠离子电池也被认为是锂离子电池极具前景的替代者。另一方面,石墨虽然具备较高的储锂容量,但是石墨并不能高可逆储钠,因此对碳基材料进行结构优化及杂原子修饰是提高其可逆容量的有效方式。目前,围绕钠离子二次电池的研究正逐渐兴起,而开发具有实际应用价值的钠离子电池材料更加意义重大。

近期,湖南大学张明课题组根据前期工作(Energy Storage Mater. 2018, 13, 215-222)积累,通过TiO2纳米晶修饰和硫掺杂碳纤维,得到了高容量、长寿命的钠离子电池负极,并评估了其在钠离子全电池中的应用性能,相关成果以封面论文发表在Small(标题: S‐Doped Carbon Fibers Uniformly Embedded with Ultrasmall TiO2 for Na+/Li+ Storage with High Capacity and Long‐Time Stability)。S掺杂作为活性位点能显著提高储钠/锂容量及其储能可逆性。其次TiO2引入纳米碳纤维中,一方面可以在电化学反应中维持结构,另一方面TiO2纳米粒子在S掺杂碳中可以有效增加比表面积和微孔体积,促进表面离子的存储(电容效应)。半电池测试中,硫掺杂碳纤维基材料的储钠可逆容量高达约400 mAh g−1,其储锂容量超过600 mAh g−1,储能性能优异。在本工作中将硫掺杂碳基纳米纤维应用到了全电池体系,并证明了其可靠的实用化前景,为钠离子二次电池的实际应用提供了一种新颖的解决策略。