鈉離子電池可以代替可信賴的鋰離子電池嗎

鈉離子電池是鋰電池的潛在替代品，但陽極(帶正電的電極)在鋰離子電池上很好地工作，不能提供與鈉離子電池相同的性能。

缺乏晶體結構的無定形碳已知是有用的陽極，因為它具有可用于存儲鈉離子的缺陷和空隙。氮/磷摻雜的碳還具有吸引人的電性能。

在《應用物理評論》中，浙江大學，寧波大學和東莞理工大學的中國研究人員描述了他們如何應用原子尺度的基本物理概念來構建鈉離子電池的高性能陽極。

涂說：“最近的研究表明，摻雜的無定形碳，特別是富電子元素摻雜的無定形碳，是鈉儲存的良好陽極。” “但是對于鈉的儲存方式或摻雜的碳的摻雜效果，沒有共同的解釋。”

為了尋求答案，研究人員使用能級軌道的概念來解釋吡咯氮與磷氧鍵的親和力，它們的原子相互作用，電子分布和電子云構型。

為了進一步了解不同的存儲行為，他們應用了第一性原理計算，這是一種使用基本物理量來計算物理屬性的方法。它基于電子密度函數，這是一種可以揭示晶體分子結構的量子力學概念。

當他們分析改性碳材料中嵌入的鈉離子的電子分布，系統化學參數和吸附能時，他們發現吡咯氮和磷-氧鍵顯示出真正的鈉存儲潛力。

涂說：“鈉離子傾向于儲存在這兩種結構中。”

研究人員設計了一種水熱處理工藝，以構建磷氧結構的前體，然后用富含雙電子的元素摻雜碳陽極。涂說，這表明“在循環壽命和電池容量方面增強了電化學性能”。

他們的陽極實現了5,000個循環的生命周期，具有220毫安小時/克的增強容量，并減少了容量損失(0.003%/循環)。

涂說：“我們的工作填補了富電子元素摻雜的非晶碳的鈉存儲行為的理論空白，并為使用碳提供了實驗基礎。” “我們提供了用于大型鈉離子電池的碳材料改性的指導。”