我國學者成功研制多孔微晶碳正極的高效鈉基雙離子電池

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院（下稱深圳先進院）集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團隊聯合湖南大學馬建民教授和吉林師范大學楊景海教授通過自模板法，成功制備出三維多孔微晶碳材料用于雙離子電池正極，且容量大、循環壽命長。相關研究成果以“High-Performance Cathode based on Self-Templated 3D Porous Microcrystalline Carbon with Improved Anion Adsorption and Intercalation（自組裝合成的三維多孔微晶碳作為高性能正極以提升陰離子吸附和插層性能）”為題在線發表于國際著名材料期刊Advanced Functional Materials（《先進功能材料》）（DOI: 10.1002/adfm.201806722，IF= 13.325）上。

　　雙離子電池具有成本低和環境友好的特點，最近受到極大的關注。雙離子電池的正極通常采用石墨，依靠陰離子的插層/脫嵌實現充放電。由于陰離子尺寸往往較大，導致陰離子插層石墨的容量有限。同時，傳統石墨在插入陰離子后會發生體積膨脹，導致石墨剝離，最終造成容量的迅速衰減。此外，對于傳統的石墨材料，陰離子的插嵌過程僅限于石墨顆粒的邊緣，造成電池充放電倍率性能不足。

　　基于上述考慮，課題組設計并通過自模板法制備了一種三維多孔微晶碳。這種具有微晶結構和一定表面積的碳材料不僅有利于陰離子的插層，同時有助于陰離子的吸附，從而能夠顯著提升正極的容量。另外，多孔結構增加了陰離子插層和吸附的位點，有效提高了雙離子電池的充放電速率；而三維結構的設計能夠在一定程度上緩解陰離子插層造成的體積膨脹，改善材料的結構穩定性。以此碳材料作為正極的鈉基雙離子電池，在0.3 A g-1的電流密度下，其放電容量可以達到168.0mAh g-1，為目前所報道的最好性能之一。同時，在1 A g-1的電流密度下循環2000次后，其容量保持率為70％。該研究為發展高性能的雙離子電池正極材料提供了新的思路。

　　該項研究得到了國家自然科學基金優青項目、中科院STS項目、深圳市科技計劃等項目資助。

（a）基于多孔微晶碳的雙離子電池結構示意圖；（b）多孔微晶碳的掃描電鏡圖；（c）多孔微晶碳的透射電鏡圖；（d）電流密度0.3 A g-1下的充放電曲線；（e）基于多孔微晶碳的鈉雙離子電池的循環性能曲線（電流密度1 A g-1）。