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鈉離子電池能取代鋰離子電池嗎?

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:科技報告與資訊

鈉離子電池是鋰電池的潛在替代品,但鋰離子電池的陽極卻不能為鈉離子電池提供同樣的性能。對于鈉離子電池來說,缺乏結晶結構的無定形碳被認為是一種有用的陽極,因為它有缺陷和空隙,可以用來儲存鈉離子。氮/磷摻雜的碳也具有不錯的電性能。

在《Applied Physics Reviews》中,來自浙江大學、寧波大學和東莞理工大學的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。

摻雜的非晶碳,特別是富電子元素摻雜的非晶碳,是一個很好的儲鈉陽極,但對于鈉存儲的工作原理或摻雜碳的摻雜效果,還沒有獲得一致的解釋。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和一個磷氧鍵的親和力、它們的原子相互作用、電子分布和電子云配置。

為了更近距離地了解獨特的存儲行為,他們應用了第一原理計算,這是一種利用基本物理量來計算物理性質的方法。它基于電子密度函數,這是量子力學的一個概念,可以揭示晶體的分子結構。當他們分析了嵌入在改性碳材料內的鈉離子的電子分布、體系化學參數和吸附能量時,他們發現吡咯氮和磷氧鍵顯示出真正的鈉存儲潛力。

研究人員設計了一種水熱處理方法來構建磷-氧結構的前體,然后在碳陽極上摻入雙電子豐富的元素,顯示出增強電池的循環壽命和容量的電化學性能。他們的陽極實現了5000次循環壽命,容量增強到220毫安時/克,并減少了容量損失(0.003%/循環)。

論文標題為《Sodium storage behavior of electron-rich element-doped amorphous carbon》。


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