科学家确定了钠离子电池负极的储能机理

如今，锂离子电池(LIB)是最广泛使用的电化学电源，其应用范围广泛，从手机(数瓦时)到发电厂的缓冲系统(数百万瓦时)。对LIB的需求和存储设备的平均大小在不断增长，但是这种增长趋势遇到了多个障碍，例如锂盐成本高，全球锂储量有限以及各国之间含锂矿床分布不均。为了克服这些障碍，包括俄罗斯在内的世界各地的科学家正在研究SIB，这是一种可能会挑战LIB和广泛使用的铅酸电池的替代技术。

钠是地壳中第六种最常见的元素。与锂相比，它的盐便宜约100倍。尽管在化学性质上与锂相似，但钠还有其他区别，需要在SIB设计中采用新方法。电池由三个主要部分组成：阴极，阳极和电解质。有各种各样的成分和结构适用于SIB阴极或电解质，而阳极仍然是绊脚石。在LIB中成功使用的石墨不适用于SIB，因为碳的大小六边形和钠阳离子相差太大，无法提供嵌入。硬碳似乎是实际上可以在阳极中使用的唯一材料。由不规则排列的扭曲的类石墨层形成的硬碳具有与LIB中的石墨相当的钠离子存储性能，但是仍然不清楚原因和发生方式。

“关于如何将钠引入硬碳中有几种假设。在我们的研究中，我们验证了其中的一种并对其进行了稍微扩展。我们发现硬碳表现出插层型行为以累积大部分电荷，这是一个好消息。插入正是电池所需的，而与“假电容”相关的表面过程则是超级电容器的责任，超级电容器在化学动力源中形成了非常狭窄的位置。有趣的是，我们的日本同事和研究主管为我们的主要研究人员和MSU Ph博士生Zoya Bobyleva在一开始就持有完全不同的看法。他是SIB和硬质碳的世界顶级专家之一，我们很难说服他说对了，但是我们做到了!” 奥列格·德罗日任(Oleg Drozhzhin)说，

去年，三位科学家因“开发锂离子电池”而获得了诺贝尔化学奖。其中一位获奖者应归功于硬碳，硬碳是一种阳极材料，大约在三十年前赋予了LIB技术以生命，后来被石墨代替。现在，硬碳可以再次产生一种新技术。

“这项工作不仅在展示硬碳在钠离子系统中的工作原理方面，而且在找到一种生产与LIB中的石墨相当的容量超过300 mAh / g的硬碳的方法方面，都非常出色。新方法需要大量的艰辛工作，而这些工作通常仍在幕后，而且几乎没有在科学论文中报道，因此对我们来说，显示最终结果很重要：我们成功地为SIB制作了优质阳极材料，我们知道它们的工作原理”，Skoltech教授兼MSU化学学院电化学系主任Evgeny Antipov说道。