近年來，由于在我們日常生活中的便攜式電子產品中的廣泛應用，鋰離子電池一直是儲能研究和開發(fā)的重點。隨著全球能源存儲需求在越來越多的領域的不斷增長，如電動汽車、混合動力汽車,特別是用于緩沖間歇性能源的大型電網儲能(太陽能、風能、潮汐能等領域，鋰離子電池由于受制于鋰的成本和有限的可用性，無法滿足社會的需求。因此，除了鋰離子電池之外還需要還發(fā)其他的電池技術。

鈉離子電池是一種很有應用前景的電池。地球上Na資源的儲存量比Li資源高一千倍以上，Na資源的開發(fā)成本比鋰的開采成本低很多。而且鈉和Li元素在元素周期表中位于相同的主族，具有類似的化學物理性質，這也使得鈉作為二次電池的儲能介質具有與Li類似的機制。但是由于鈉離子的離子半徑大于Li離子，使得鈉離子難以插入到現有的活性電極材料中，這也導致了Na離子電池發(fā)展和應用的嚴重遲緩。因此研究開發(fā)高性能、低成本的鈉離子電池電極材料，特別是陽極電池材料具有重要意義。目前科學家已經開發(fā)了很多種針對鈉離子電池的陽極電池材料，其中碳基材料以其豐富、低電位、低成本等優(yōu)點引起了研究人員的極大興趣，這些優(yōu)點對鈉離子電池的實際應用都具有重要意義。但是碳基陽極的鈉離子電池電容量有限，初始庫倫效率較低，實際應用中速率性能較差，因此開發(fā)新型碳基的陽極材料是目前鈉離子電池研究的熱點領域。

近日，天津大學鄭春明團隊與加州大學的GalenD.Stucky團隊合作，從超級電容器的啟發(fā)，開發(fā)了一種蜂窩狀富氮的分層多孔碳作為高速率陽極材料具有超穩(wěn)定的可循環(huán)性，能夠顯著提高鈉離子電池的性能。研究團隊以甘氨酸為碳氮前體，氯化鈉為模板，噴霧干燥后在流動氨氣下熱解合成了具有膨脹層間距、高度無序的分層多孔碳。分層多孔碳的無序相位和擴展的層間距離降低了Na離子的插入壁壘，從而提高了Na離子的存儲速率能力。分層多孔碳中豐富的氮摻雜產生了豐富的缺陷，提高了電化學活性。同時，分層次多孔結構和氮摻雜在一起，給碳基陽極材料帶來了突出的儲能性能和優(yōu)良穩(wěn)定的循環(huán)性能，在500mA/克的電流密度下，充電放電循環(huán)3000次后，還可以提供255.9mA*h/克的可逆放電容量。即使在較高的電流密度(5000mA/克)和超長循環(huán)(10000循環(huán))下，也能獲得101.4mA*h/克的可逆容量，與第1000循環(huán)相比保留97.3%的放電容量，這也證明了分層多孔碳具有優(yōu)良的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

隨后，研究團隊以分層多孔碳為陽極，以Na3V2(PO4)3/C為陰極組成了全電池和更大的可穿戴全電池。在100Ma/克的電流密度下，經過循環(huán)100次后還能在1-3.9伏特的電壓范圍內，提供238.7mA*h/克的可能電量，與第二次循環(huán)相比，保留了95.3%的電量?？纱┐麟姵乇憩F出優(yōu)良的功率輸出。這兩個結果表現出了分層多孔碳在鈉離子電池中的實際應用前景。

相比于鋰離子電池，鈉離子電池造價成本更低，希望這樣的電池技術能早日出現在我們的日常生活中。期待新一代電池體系早日應用。