Small Methods:高性能钠离子电容器电池型负极材料

高效储能技术和装置因其日益增长的需求而受到人们的广泛关注。钠离子电容器(SIC)作为一种新兴的电化学储能装置,结合了可充电电池(RIBs)和电化学双层超级电容器(EDLC)的优点,可提供高能量密度和长循环寿命。然而,目前,钠离子电容器还面临诸多问题兹待解决。首先,钠离子电容器负极材料通过缓慢法拉第氧化还原反应储存电荷,而正极活性炭通过快速的离子吸脱附储能,导致钠离子电容器电池型负极材料和电容型正极碳材料动力学行为难匹配;其次,电池型负极材料脱嵌钠所能提供的容量远大于碳正极,这会造成正负极容量不匹配以及储钠动力学的不平衡。而且由于负极的储钠电位较低,循环过程中负极材料的表面会与电解液发生副反应形成SEI膜,消耗电解液中的钠离子,导致首次库伦效率低。近年来,针对电池型负极材料动力学不平衡、首次库伦效率低等相关问题,科研工作者付出了诸多的努力。探索开发高倍率性能的电池型负极材料,可以缩小电池型负极材料与电容型正极碳之间的动力学差距,消除其动力学不平衡,极大提高钠离子电容器的能量和功率密度。通过实施预钠化,不仅可以提高钠离子电容器的工作电压窗口,还可以避免由于SEI生成引起的电解液消耗,进一步优化电容器的电化学性能。

据此,中南大学化学化工学院纪效波教授课题组的邹国强副教授综述了钠离子电容器中先进电池型负极材料的最新研究进展,着重介绍了电池型负极材料(碳基材料、金属化合物、Mxene、有机聚合物等)的设计构筑、结构特征和电化学性能,并讨论了其构效关系。此外还介绍了一些预钠化的策略去进一步优化钠离子电容器的能量密度和功率密度,并对钠离子电容器电池型负极材料需要进一步解决的问题以及未来的发展进行了展望。

相关工作以“Advanced Battery-typed Anode Materials for High-performance Sodium-ion Capacitors”为题,在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.202000401)上。