中國粉體網(wǎng)訊  鈉離子電池具有成本低、無過放電特性等優(yōu)勢，有望在未來的大規(guī)模儲能系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。據(jù)報道，目前鈉離子電池正極材料（聚陰離子化合物、層狀氧化物、普魯士藍(lán)等）的性能已經(jīng)可媲美于商用鋰離子電池的水平。對于鈉離子電池負(fù)極而言，仍需開發(fā)合適的低電位材料，以實(shí)現(xiàn)電池的高比容量和長循環(huán)穩(wěn)定性，這也是目前的研究熱點(diǎn)之一。碳材料由于其低成本、高導(dǎo)電性和良好穩(wěn)定性等特點(diǎn)，成為一類極具潛力的鈉離子電池負(fù)極材料。研究發(fā)現(xiàn)，增加碳材料中活性位點(diǎn)可以有效促進(jìn)鈉離子的吸附行為，當(dāng)前研究多集中于在碳材料中引入雜原子作為外部缺陷來作為鈉離子的吸附位點(diǎn)，以提高儲鈉容量及循環(huán)穩(wěn)定性。眾所周知，碳材料中普遍存在有本征缺陷，而關(guān)于本征缺陷是否同樣具有促進(jìn)鈉離子吸附行為的作用，仍缺乏系統(tǒng)研究。

最近，青島大學(xué)楊東江教授課題組和張立學(xué)教授課題組等合作對這一關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。論文作者選用常規(guī)的葡萄糖作為碳源，利用簡單的模板輔助法合成了具有不同程度本征缺陷的有序多孔碳納米材料。為了研究本征缺陷的存在對于碳材料儲鈉行為的影響，進(jìn)行了系統(tǒng)的形貌結(jié)構(gòu)(SEM, HRTEM, Raman, XPS等)表征，證明了模板的引入使得碳層微觀結(jié)構(gòu)的本征缺陷得以暴露，導(dǎo)致缺陷密度增加。進(jìn)一步結(jié)合相應(yīng)的電化學(xué)測試分析了材料的充放電行為，發(fā)現(xiàn)缺陷的引入有效增加了材料在高電壓（>0.1 V）處吸附電容行為。同時也分析了不同材料的儲鈉容量貢獻(xiàn)機(jī)制，證明了本征缺陷提供了高比例的法拉第贗電容貢獻(xiàn)。此外，第一性原理計算也證實(shí)本征缺陷的存在大大降低了碳材料對鈉的吸附能，更有利于維持長期高效的儲鈉行為。受益于穩(wěn)定的鈉離子吸附動力學(xué)，所設(shè)計的碳材料負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉能力：在1 A/g的電流密度下比容量達(dá)221 mAh/g，并在10 A/g的高電流密度下經(jīng)過5000圈循環(huán)后仍具有優(yōu)異的可逆穩(wěn)定性。

該工作證明了碳材料的本征缺陷是有效的鈉離子吸附活性位點(diǎn)，本征缺陷的存在有利于提高碳材料的電化學(xué)儲鈉性能，這一發(fā)現(xiàn)對于高性能鈉離子電池碳基負(fù)極材料的設(shè)計具有借鑒意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201903652)上，碩士研究生郭瑞琪和博士研究生呂春曉為論文的共同第一作者，張立學(xué)教授和楊東江教授為論文的共同通訊作者。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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