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(a)無定形石墨化峰制備樣品的XRD圖譜。(b) D, G, D D'', 2D, D G和2D'帶的拉曼光譜。圖片來源：中國科學(xué)出版社

開發(fā)高容量碳負(fù)極材料可進(jìn)一步提高鈉離子電池（NIBs）的能量密度。最近，中國科學(xué)院物理研究所（IOP-CAS）的研究人員開發(fā)了一種用于NIBs的高容量碳陽極（~400mAh g^-1）。研究結(jié)果發(fā)表在“Science Bulletin”《科學(xué)通報》上。

自2010年以來，鈉離子電池（NIBs）因其成本，資源優(yōu)勢以及在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。然而，鈉離子電池電流尖峰的能量密度仍然是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，阻礙了大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。硬質(zhì)碳具有容量大（~330mAh g^-1）、循環(huán)穩(wěn)定性好、初始庫侖效率高、成本低、前驅(qū)體材料天然豐度高等優(yōu)點，是早期工業(yè)NIBs最有前途的陽極之一。

盡管人們已投入大量精力開發(fā)高性能的碳陽極材料，但在放電-充電曲線中的一致性通常呈現(xiàn)為兩個不同的區(qū)域：在~0.1 V以上的斜坡區(qū)域和~0.1V以下的平坦區(qū)域。通常，平坦區(qū)比斜坡區(qū)具有更高的容量，高容量碳陽極往往顯示出相當(dāng)大比例的平坦區(qū)能力，這在一定程度上可以進(jìn)一步提高全電池的能量密度。因此，設(shè)計和發(fā)現(xiàn)具有大比例平坦容量的碳陽極可能是提高NIBs能量密度的潛在途徑。

最近，中國科學(xué)院物理研究所（IOP-CAS）胡永生教授的研究小組在1900℃的高溫石墨爐中炭化一種雙蜂窩狀結(jié)構(gòu)碳材料。該碳陽極表現(xiàn)出~400mAh g^-1的高容量，高于目前硬質(zhì)碳材料的~330mAh g^-1容量。其總?cè)萘康?5% (>330mAh g^-1) 來源于低于~0.1V的長低電位平臺，這與典型的NIBs硬碳材料的曲線不同。當(dāng)它與空氣中穩(wěn)定的Na_0.9Cu_0.22Fe_0.30Mn_0.48O₂層狀陰極偶聯(lián)時，可獲得~240Wh kg^-1的高能量密度，具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。這種有前景的碳陽極的發(fā)現(xiàn)有望為大規(guī)模電能存儲的高能量密度NIBs提供進(jìn)一步研究基礎(chǔ)。

該陽極在半電池中的電化學(xué)性能。(a) 恒電流放電-充電曲線。(b) CV曲線。(c) 循環(huán)性能。(d)倍率性能。圖片來源：中國科學(xué)出版社

(a) 碳陽極和Na_0.9Cu_0.22Fe_0.30Mn_0.48O₂陰極充放電電壓分布示意圖。碳陽極//Na_0.9Cu_0.22Fe_0.30Mn_0.48O₂全電池的電化學(xué)性能。(b) 充放電曲線。(c)倍率性能。(d) 循環(huán)性能。圖片來源：中國科學(xué)出版社

原文題目：A new carbon material with Na storage capacity over 400mAh/g，原文來自：phys，由材料科技在線團(tuán)隊編譯。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）