隨著電動(dòng)推進(jìn)船和其他車輛等技術(shù)的日漸普及，鋰離子電池（LIB）等可充電電池的需求激增。但是，鋰價(jià)格昂貴，這促使人們尋求其他選擇。鈉離子電池（SIB）是更可持續(xù)的替代方法，但在熱力學(xué)上與石墨（通常的陽極材料）不穩(wěn)定。

現(xiàn)在，韓國的研究人員開發(fā)了一種“雜原子摻雜”（改性）碳基陽極，該陽極可幫助SIB超越LIB的性能。

隨著世界意識(shí)到迫在眉睫的環(huán)境危機(jī)，科學(xué)家已經(jīng)開始尋找可持續(xù)的能源。可充電電池（如鋰離子電池）正迅速普及，同時(shí)生產(chǎn)“綠色”技術(shù)，例如電動(dòng)推進(jìn)船（正在開發(fā)以滿足國際海事組織的環(huán)境法規(guī)）和其他電動(dòng)車輛。

但是，鋰是稀有且難以分配的，這使鋰的可持續(xù)性受到質(zhì)疑，同時(shí)也存在成本急劇上升的風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究人員轉(zhuǎn)向了“鈉離子電池”（SIB），它們?cè)陔娀瘜W(xué)上類似于鋰離子電池，并具有鈉含量更高，生產(chǎn)成本更低等優(yōu)點(diǎn)。

但是，目前，SIB中的標(biāo)準(zhǔn)陽極材料是石墨，石墨在鈉離子的作用下是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，因而導(dǎo)致較低的“可逆容量”（衡量其存儲(chǔ)能力）和性能不佳。

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為此，韓國海事和海洋大學(xué)的研究人員著手尋找一種適用于SIB的非石墨陽極材料。首席科學(xué)家JunKang博士說：“由于SIB的性能低下-僅是鋰離子電池容量的1/10-因此，找到一種能保持石墨的低成本和穩(wěn)定性的高效陽極至關(guān)重要。”

現(xiàn)在，在發(fā)表在《電源》雜志上的最新研究（“最大化鈉離子電池用碳基負(fù)極材料的倍率能力”）中，科學(xué)家們報(bào)告了以下策略來克服碳基負(fù)極材料的局限性：SIB：

1）采用分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)Na+從電解質(zhì)的主體區(qū)域到活性材料的界面的快速遷移；

2）保留較大的比表面積，其中Na+遷移至界面，可以在活性材料中輕松訪問；

3）保留能夠從表面到內(nèi)部共嵌入的表面缺陷和孔結(jié)構(gòu)；

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4）通過可能具有短擴(kuò)散路徑的缺陷和孔保留插入到活性材料中的Na+中的納米結(jié)構(gòu)；

5）由于異質(zhì)元素?fù)诫s而由這些元素引起的外在缺陷而增加了活性位點(diǎn)的數(shù)量。這些策略導(dǎo)致電池的電化學(xué)性能得到顯著改善，甚至超過了當(dāng)前的鋰離子電池！

在他們的兩個(gè)以前的研究中，他們成功地測試使用磷和硫這種方法，將其功能上的封面碳（“高度磷摻雜碳作為超高速率陽極為鈉離子電池的新型合成”）和ACS應(yīng)用材料和界面（分別為“通過無序碳結(jié)構(gòu)中的協(xié)調(diào)硫的新穎方法實(shí)現(xiàn)高效鈉離子交換”）。

康博士對(duì)他們技術(shù)的各種潛在應(yīng)用持樂觀態(tài)度，例如在電力推進(jìn)船和其他車輛，無人機(jī)甚至高性能CPU中。這五個(gè)因素提供了良好的容量保持能力，可逆容量，超高循環(huán)穩(wěn)定性，高初始庫侖效率（80％）和出色的速率能力。這意味著即使大量使用電池也可以長時(shí)間使用。”他解釋說。

考慮到鈉比鋰的優(yōu)勢(shì)，這些發(fā)現(xiàn)無疑對(duì)可持續(xù)，廉價(jià)，高性能電池的工程設(shè)計(jì)具有重要意義，并且可以使我們更接近實(shí)現(xiàn)節(jié)能的未來。