中國粉體網(wǎng)訊  隨著化石燃料的逐漸耗竭與環(huán)境污染的日益加劇，風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源的利用越來越受到人們的關(guān)注。然而受其隨機(jī)性、間歇性、波動性等特點的限制，需要配置相應(yīng)的儲能系統(tǒng)以提高可再生能源的使用效率。

鋰離子電池以其比能量高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點已廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備中，而且已經(jīng)作為動力源應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域。然而，鋰資源的稀缺性與分布不均勻性將制約其在大規(guī)模儲能方面的應(yīng)用。為彌補鋰離子電池在儲能方向應(yīng)用的局限性，鈉離子電池以其鈉資源豐富、分布廣泛和成本低廉等特點受到了人們的普遍關(guān)注，并于近些年來得到了廣泛研究。

高性能電極材料的開發(fā)對實現(xiàn)鈉離子電池的商業(yè)化至關(guān)重要。截至目前，一些正極材料的開發(fā)已基本能夠滿足應(yīng)用的要求，但負(fù)極材料仍制約著鈉離子電池的實用化。在已報道的鈉離子電池負(fù)極材料中，硬碳材料以其較好的綜合性能而成為具有實用前景的負(fù)極材料。

中科院物理研究所李云明博士生和胡勇勝研究員等利用可再生的天然棉花制備出高性能的硬碳材料，并對硬碳的儲納機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)深入地研究。他們以天然棉花的管狀結(jié)構(gòu)為依托，通過一步碳化法成功制備出形狀規(guī)則的硬碳微管。將硬碳微管作為負(fù)極材料直接應(yīng)用于鈉離子電池中后發(fā)現(xiàn)其儲鈉容量為315mAh/g，首周庫侖效率高達(dá)83%，且循環(huán)穩(wěn)定性佳。

不僅如此，他們還系統(tǒng)研究了硬碳微管的儲鈉機(jī)制。通過非原位TEM和XPS手段解釋了電化學(xué)曲線中的斜坡部分對應(yīng)鈉在碳層表面和缺陷位置的吸附，而平臺部分則對應(yīng)鈉在納米空穴中的存儲。進(jìn)一步，GITT研究結(jié)果表明鈉離子在電化學(xué)曲線中平臺區(qū)域的擴(kuò)散系數(shù)要比斜坡區(qū)域的要低很多，是制約其倍率性能的關(guān)鍵。