鈉離子電池性能進(jìn)步或可推動(dòng)電網(wǎng)更廣泛地采用可再生能源，并降低電動(dòng)汽車的成本。但制造可行的鈉離子電池的主要障礙之一是找到穩(wěn)定的陽極。硬碳是目前鈉離子電池常用的陽極，但該材料具有相間不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，即分解的電解質(zhì)會(huì)在其表面堆積，增加相間阻抗，導(dǎo)致放電容量急劇下降。

       據(jù)外媒報(bào)道，中國的一組研究人員將N-苯基雙（三氟甲烷磺酰）亞胺（PTFSI）作為硬碳的成膜添加劑進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該材料增強(qiáng)了相間穩(wěn)定性，且在100次循環(huán)后，鈉離子電池的容量保持率提高了52%。

圖片來源：Nano Research，Tsinghua University Press

       華南師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授、該研究的合著者邢麗丹說：“鈉離子電池近年來才重新受到關(guān)注。硬碳是鈉電池應(yīng)用最廣泛的陽極材料，但其長循環(huán)穩(wěn)定性還不足以滿足商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用要求。而目前關(guān)于電解質(zhì)與硬碳陽極材料匹配的研究相對(duì)較少?！?/p>

       該研究發(fā)現(xiàn)，在硬碳陽極中添加PTFSI并經(jīng)過500此循環(huán)后，測(cè)試的硬碳/鈉半電池的容量保持率從0%提高到68%。

       為打造更高性能鈉離子電池，研究人員曾嘗試添加具有擴(kuò)大夾層的多功能氮摻雜硬碳，以及在另一種情況下開發(fā)碳化重構(gòu)木質(zhì)素作為新型硬碳陽極。目前，研究人員已經(jīng)使用其他碳酸鹽基電解質(zhì)，如氟代碳酸亞乙酯、琥珀酸酐、銣和銫離子對(duì)鈉離子電池進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。但上述方法所取得的性能改進(jìn)與邢麗丹及其同事的方法相比相差甚遠(yuǎn)。

       邢麗丹表示：“作為陽極的成膜添加劑，PTFSI的還原活性與其分解產(chǎn)物的性質(zhì)一樣重要。例如，在這項(xiàng)工作中，PTSFI的結(jié)構(gòu)與FSTI陰離子的結(jié)構(gòu)相似，且還原產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也非常相似。但是，PTFSI是一種比FSTI陰離子具有更高還原活性的分子，PTFSI可以提高硬碳的相間穩(wěn)定性，但FSTI不能。因此，這項(xiàng)研究為硬碳成膜添加劑的設(shè)計(jì)提供了思路?！?/p>

       該研究小組使用紐扣電池來評(píng)估添加PTFSI的鈉離子系統(tǒng)的性能。研究人員使用直徑為12毫米的薄銅箔制造硬碳陽極，經(jīng)過涂層和干燥，然后用玻璃纖維隔板和碳酸基電解質(zhì)分層成半電池。使用或不使用PTFSI成膜添加劑的電池都經(jīng)歷充放電500次，結(jié)果證明增加1%的PTFSI可顯著提升性能。

       邢麗丹表示：“研究表明PTFSI可以顯著提高硬碳的長循環(huán)性能。因此，未來我們將評(píng)估其在大容量電池中的性能。如果結(jié)果相近，我們相信這種添加劑或可推動(dòng)鈉離子電池的商業(yè)應(yīng)用?！?/p>