近年來，由于在我們?nèi)粘Ｉ钪械谋銛y式電子產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，鋰離子電池一直是儲(chǔ)能研究和開發(fā)的重點(diǎn)。隨著全球能源存儲(chǔ)需求在越來越多的領(lǐng)域的不斷增長，如電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車, 特別是用于緩沖間歇性能源的大型電網(wǎng)儲(chǔ)能(太陽能、風(fēng)能、潮汐能等領(lǐng)域，鋰離子電池由于受制于鋰的成本和有限的可用性，無法滿足社會(huì)的需求。因此，除了鋰離子電池之外還需要還發(fā)其他的電池技術(shù)。

鈉離子電池是一種很有應(yīng)用前景的電池。地球上Na資源的儲(chǔ)存量比Li資源高一千倍以上，Na資源的開發(fā)成本比鋰的開采成本低很多。而且鈉和Li元素在元素周期表中位于相同的主族，具有類似的化學(xué)物理性質(zhì)，這也使得鈉作為二次電池的儲(chǔ)能介質(zhì)具有與Li類似的機(jī)制。但是由于鈉離子的離子半徑大于Li離子，使得鈉離子難以插入到現(xiàn)有的活性電極材料中，這也導(dǎo)致了Na離子電池發(fā)展和應(yīng)用的嚴(yán)重遲緩。因此研究開發(fā)高性能、低成本的鈉離子電池電極材料，特別是陽極電池材料具有重要意義。目前科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了很多種針對鈉離子電池的陽極電池材料，其中碳基材料以其豐富、低電位、低成本等優(yōu)點(diǎn)引起了研究人員的極大興趣，這些優(yōu)點(diǎn)對鈉離子電池的實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。但是碳基陽極的鈉離子電池電容量有限，初始庫倫效率較低，實(shí)際應(yīng)用中速率性能較差，因此開發(fā)新型碳基的陽極材料是目前鈉離子電池研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

近日，天津大學(xué)鄭春明團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)的Galen D. Stucky團(tuán)隊(duì)合作，從超級電容器的啟發(fā)，開發(fā)了一種蜂窩狀富氮的分層多孔碳作為高速率陽極材料具有超穩(wěn)定的可循環(huán)性，能夠顯著提高鈉離子電池的性能。研究團(tuán)隊(duì)以甘氨酸為碳氮前體，氯化鈉為模板，噴霧干燥后在流動(dòng)氨氣下熱解合成了具有膨脹層間距、高度無序的分層多孔碳。分層多孔碳的無序相位和擴(kuò)展的層間距離降低了Na離子的插入壁壘，從而提高了Na離子的存儲(chǔ)速率能力。分層多孔碳中豐富的氮摻雜產(chǎn)生了豐富的缺陷，提高了電化學(xué)活性。同時(shí)，分層次多孔結(jié)構(gòu)和氮摻雜在一起，給碳基陽極材料帶來了突出的儲(chǔ)能性能和優(yōu)良穩(wěn)定的循環(huán)性能，在500mA/克的電流密度下，充電放電循環(huán)3000次后，還可以提供255.9mA*h/克的可逆放電容量。即使在較高的電流密度(5000 mA /克)和超長循環(huán)(10000循環(huán))下，也能獲得101.4 mA*h/克的可逆容量，與第1000循環(huán)相比保留97.3%的放電容量，這也證明了分層多孔碳具有優(yōu)良的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)以分層多孔碳為陽極，以Na3V2(PO4)3/C為陰極組成了全電池和更大的可穿戴全電池。在100Ma/克的電流密度下，經(jīng)過循環(huán)100次后還能在1-3.9伏特的電壓范圍內(nèi)，提供238.7 mA*h/克的可能電量，與第二次循環(huán)相比，保留了95.3%的電量?？纱┐麟姵乇憩F(xiàn)出優(yōu)良的功率輸出。這兩個(gè)結(jié)果表現(xiàn)出了分層多孔碳在鈉離子電池中的實(shí)際應(yīng)用前景。