用于鈉離子電池陽(yáng)極的氮摻雜納米多孔碳材料研究

鈉離子和鋰離子具有相同的理化性質(zhì)，相應(yīng)的鈉離子電池和鋰離子電池具有相同的充放電原理。與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有鈉資源豐富、價(jià)格低廉且分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)。但是，鈉離子半徑約大于鋰離子半徑55%，這導(dǎo)致鈉離子從陽(yáng)極材料中脫嵌（鈉離子從陽(yáng)極材料中脫出來(lái)的過程）緩慢，影響電池的循環(huán)和倍率性能（不同電流值的放電性能）。對(duì)于常規(guī)的陽(yáng)極材料，鈉離子電池的能量密度低于鋰離子電池。因此，通過增加鈉離子電池陽(yáng)極活性表面積來(lái)解決該問題。

由于納米多孔碳具有較大的比表面積，能夠形成較大的活性表面積，且生產(chǎn)成本較低、耐酸堿腐蝕強(qiáng)，因此其可作為鈉離子電池陽(yáng)極材料最具潛力的材料。為了進(jìn)一步增強(qiáng)納米多孔碳與外來(lái)分子的結(jié)合，常采用氮原子摻雜（又稱氮摻雜）對(duì)材料表面處理，并依此調(diào)節(jié)納米多孔碳的電子結(jié)構(gòu)。

在制備氮摻雜納米多孔碳時(shí)，首先采用德國(guó)（Merck）集團(tuán)生產(chǎn)的1-乙基-3-甲基四氟硼酸咪唑（EMIM-BF4）和美國(guó)瑪奧德里奇（Aldrich）公司生產(chǎn)的乙醇鉀作為原料，混合反應(yīng)生成納米多孔碳；之后利用韓國(guó)大宇（Daewoo）公司生產(chǎn)的微波反應(yīng)爐，在功率700W的條件下對(duì)生成的納米多孔碳進(jìn)行300s的微波處理，實(shí)現(xiàn)氮摻雜，最終得到氮摻雜納米多孔碳材料。

采用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)制備的氮摻雜納米多孔碳材料進(jìn)行形態(tài)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備的氮摻雜納米多孔碳材料具有球形納米孔，且分布均勻。對(duì)氮摻雜納米多孔碳材料的電化學(xué)性能進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其作為鈉離子電池陽(yáng)極時(shí)，初始理論容量為268mAh/g，且在充放電循環(huán)200次后仍能保持初始容量的93%，同時(shí)具有良好的倍率性能。

刊名：RscAdvances（英）

刊期：2016年第6期

作者：SridharVadahanambi

編譯：李臣