华理&马普学会胶体与界面所AEM：钠离子电池碳负极储钠机制的热力学观点

由于钠含量丰富、制造成本低以及与锂的相似性，钠离子电池（SIBs）是一种有潜力的电网级储能技术。然而开发高性能电极材料，尤其是用于SIBs的负极材料仍然是必不可少的，这最好基于对钠存储机制的更透彻了解。

在此，华东理工大学张玉研究员与德国马普学会胶体与界面研究所所长Markus Antonietti教授等人综述了碳质和硬碳负极材料中钠离子存储机制的研究进展，并讨论了不同存储机制对不同电压分布区域的分配。

通过将电压-容量曲线转换为基于能斯特方程的等温吸附曲线并计算吸附焓，然后将这些值与其他报道的相互作用过程（如气体吸附或溶剂化实验）进行比较，可以获得钠和电极材料之间相互作用框架的解释。

基于热力学解释，作者总结了为未来SIB负极提供更好性能的碳质材料的有效策略，包括杂原子掺杂、层间膨胀和表面改性的化学策略以及不同的孔结构调控等。

图1. 硬碳负极的储钠机制

最后，作者提出了挑战并展望了未来SIBs的硬碳负极研究。作者指出，同一种碳材料具有结构复杂性，很可能来自不同的前体，结合理论模拟的先进表征技术的发展对于揭示其详细的结构和机制具有重要意义；低初始库伦效率（ICE）是当前钠电池面临的另一个挑战，新的分析方法与原位表征相结合可用于通过实验揭示钠的分布和剩余量。

此外，还必须考虑“化学合成”SEI即惰性多孔涂层结构以避免还原的Na物质与溶剂接触；另一个突破性的创新可能是新的碳基共价主体系统，如氮化碳等。

图2. 不同电位范围的储钠机制和相应的策略示意图

A Reanalysis of the Diverse Sodium Species in Carbon Anodes for Sodium Ion Batteries: A Thermodynamic View, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102489

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/12/20390f9c43/

华理&马普学会胶体与界面所AEM：钠离子电池碳负极储钠机制的热力学观点

相关推荐