科學家確定了鈉離子電池負極的儲能機理

如今，鋰離子電池(LIB)是最廣泛使用的電化學電源，其應用范圍廣泛，從手機(數瓦時)到發電廠的緩沖系統(數百萬瓦時)。對LIB的需求和存儲設備的平均大小在不斷增長，但是這種增長趨勢遇到了多個障礙，例如鋰鹽成本高，全球鋰儲量有限以及各國之間含鋰礦床分布不均。為了克服這些障礙，包括俄羅斯在內的世界各地的科學家正在研究SIB，這是一種可能會挑戰LIB和廣泛使用的鉛酸電池的替代技術。

鈉是地殼中第六種最常見的元素。與鋰相比，它的鹽便宜約100倍。盡管在化學性質上與鋰相似，但鈉還有其他區別，需要在SIB設計中采用新方法。電池由三個主要部分組成：陰極，陽極和電解質。有各種各樣的成分和結構適用于SIB陰極或電解質，而陽極仍然是絆腳石。在LIB中成功使用的石墨不適用于SIB，因為碳的大小六邊形和鈉陽離子相差太大，無法提供嵌入。硬碳似乎是實際上可以在陽極中使用的唯一材料。由不規則排列的扭曲的類石墨層形成的硬碳具有與LIB中的石墨相當的鈉離子存儲性能，但是仍然不清楚原因和發生方式。

“關于如何將鈉引入硬碳中有幾種假設。在我們的研究中，我們驗證了其中的一種并對其進行了稍微擴展。我們發現硬碳表現出插層型行為以累積大部分電荷，這是一個好消息。插入正是電池所需的，而與“假電容”相關的表面過程則是超級電容器的責任，超級電容器在化學動力源中形成了非常狹窄的位置。有趣的是，我們的日本同事和研究主管為我們的主要研究人員和MSU Ph博士生Zoya Bobyleva在一開始就持有完全不同的看法。他是SIB和硬質碳的世界頂級專家之一，我們很難說服他說對了，但是我們做到了!” 奧列格·德羅日任(Oleg Drozhzhin)說，

去年，三位科學家因“開發鋰離子電池”而獲得了諾貝爾化學獎。其中一位獲獎者應歸功于硬碳，硬碳是一種陽極材料，大約在三十年前賦予了LIB技術以生命，后來被石墨代替。現在，硬碳可以再次產生一種新技術。

“這項工作不僅在展示硬碳在鈉離子系統中的工作原理方面，而且在找到一種生產與LIB中的石墨相當的容量超過300 mAh / g的硬碳的方法方面，都非常出色。新方法需要大量的艱辛工作，而這些工作通常仍在幕后，而且幾乎沒有在科學論文中報道，因此對我們來說，顯示最終結果很重要：我們成功地為SIB制作了優質陽極材料，我們知道它們的工作原理”，Skoltech教授兼MSU化學學院電化學系主任Evgeny Antipov說道。