中國粉體網訊 因鈉元素在地球上的豐富儲備，鈉離子電池是目前鋰離子電池最有前途的補充，作為一種新興的低成本儲能技術，在大規模電化學儲能中具有較好的應用前景。
由于碳材料的原料豐富、成本低廉、具有低的電化學電位，通常是電池負極材料的首選。其中，石墨具備良好的化學穩定性和相對較高的比容量被廣泛用于商業鋰離子電池。但是由于熱力學的限制，鈉與石墨的層間化合物不存在，將石墨作為鈉離子電池的負極幾乎不顯示儲鈉活性，這導致容量的極大損失。
硬碳是一種結合了非晶/短石墨疇的無序材料，由于其獨特的結構，在存儲過程中有利于鈉離子快速傳輸和緩解體積膨脹。加上其資源豐富、價格低廉、電化學性能優異而受到廣泛關注，被認為是最適合鈉離子存儲的材料。
由于較大鈉離子很難進入石墨層間結構，造成了硬碳的鈉儲存行為與儲鋰行為的不同。目前，人們對硬碳材料的鈉存儲機理看法不一。根據硬碳材料微結構的不同，研究者們近年來也提出了符合自身實驗現象的不同的Na+存儲機制，包括“插層-填孔”、“吸附-插層”、“吸附-填孔”、“吸附-插層/填孔”等。
硬碳材料儲鈉機理模型：（a）插層-填孔機理模型；（b）吸附-插層機理模型；（c）吸附-填充機理模型；（d）吸附-插層-填孔機理模型
綜合來看，硬碳材料中的儲鈉行為主要包括：（1）表面、缺陷位點和官能團的吸附；（2）微孔填充；（3）石墨化碳層的插層。另外，常規硬碳的電化學充放電曲線一般分為兩個部分：平臺區（0.1V以下）和斜坡區（0.1V以上）。目前的爭議主要集中在平臺和斜坡區域所分別對應儲鈉機理的認識。先進的表征手段將加深對反應機理的理解并提供更多的信息，可進一步揭示鈉儲存的機制�？梢灶A見，隨著先進測量技術的發展，儲鈉機理的研究將會取得更多的進展。
硬碳材料通常通過固態有機前驅體熱分解得到，其納米結構、微觀形貌、孔徑分布以及缺陷種類都由前驅體控制，因此分析前驅體種類對所制備的硬碳材料結構和性能的影響具有重要的意義。
合成聚合物是硬碳前驅體的重要來源。與天然聚合物相比，合成聚合物能夠從單體種類和聚合方法有效調控聚合物的主鏈結構和空間構型，其對所制備的硬碳材料儲鈉特性有著積極的意義。因此，不同種類的合成聚合物已經被廣泛地用于制備鈉離子電池硬碳負極的前驅體。
盡管硬碳負極有許多應用潛力，但如何實現高鈉存儲容量、優異的倍率性能和優異的循環穩定性仍然是一個挑戰。微觀物理結構和形貌對于提高硬碳的儲鈉倍率容量有很大影響。
針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于10月25-26日在東莞舉辦“第二屆先進負極材料技術與產業高峰論壇“。我們有幸邀請到廣東工業大學材料與能源學院的孫志鵬副院長，屆時他將帶來題為《高性能聚合物衍生硬碳的制備及其儲鈉性能研究》的報告。
本工作分別通過高分子聚合物酚醛樹脂等為前驅體，采用簡單的化學聚合和高溫熱解技術，制備了一系列結構可調的硬碳材料。鈉離子半電池測試表明，硬碳具有較高的儲鈉容量，優良的倍率性能和循環穩定性。動力學分析表明，硬碳優異的儲鈉性能來源于其超高的贗電容貢獻和快速的電子和離子傳輸。通過非原位XRD/拉曼等測試證實了其儲鈉機理。此外，當與Na3V2(PO4)2F3組裝成全電池時，研究發現該全電池可以提供優越的可逆循環性，長循環后仍能保持較高的容量。
孫志鵬教授，國家海外高層次引進人才，現任廣東工業大學材料與能源學院副院長，博士生導師，廣東省重大人才工程團隊核心成員，江蘇省“雙創人才”（創新類）�，F從事有關新能源存儲與轉換器件（包括：鋰/鈉/鋅離子電池、超級電容器、燃料電池等），介孔功能復合材料和傳感器等研究。迄今為止，共發表SCI學術論文90余篇，出版中文論著1部，授權國家發明專利8件。先后主持國家自然科學基金、國家質檢總局科研基金、留學回國人員啟動基金、廣東省科技廳國際合作基金、企業橫向等20項。此外，長期參與科技部國際合作項目、教育部重大人才項目、廣東省科技廳/浙江省科技廳/新疆科技廳等項目評審工作，擔任Adv. Mater., Small, Appl. Catal. B-Environ., 等10多個核心期刊的評審人。
參考來源：
1.李瑀、付浩宇、封偉 合成聚合物衍生硬碳在鈉離子電池中的研究進展
2.粉體網 鈉離子電池硬碳負極材料研究進展
3.蔡旭萍、張帥國等 鈉離子電池碳基負極材料研究進展
（中國粉體網編輯整理/喬木）
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