大規(guī)模電化學(xué)儲能技術(shù)目前存在多種技術(shù)路線，其中鋰離子電池以其高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命等特點成為重要技術(shù)路線之一。然而，隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于電動汽車，鋰的需求量將大大增加，而鋰的儲量是有限的，且分布不均勻，這對于發(fā)展大規(guī)模儲能的長壽命儲能電池來說，可能會成為一個重要問題。基于此背景，我們迫切需要開發(fā)新型的長壽命儲能器件。由于鈉在地殼中有豐富的儲量，約占2.74%，為第六豐富元素，且分布廣泛;且鈉具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)和儲存機制，因此發(fā)展針對于大規(guī)模儲能應(yīng)用的室溫鈉離子電池技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義，近些年再次得到世界各研究組的廣泛關(guān)注。
目前已報道多種很有前途的正極材料，例如碳包覆的具有NASICON結(jié)構(gòu)的Na3V2(PO4)3復(fù)合材料【Electrochem. Commun., 2012 14: 8689】。從最近取得的研究進展來看，發(fā)展室溫鈉離子儲能電池最大的挑戰(zhàn)是沒有合適的負極材料。在眾多負極材料中，硬碳材料顯示了比較好的綜合性能，可逆容量達到200 mAh/g，首周庫侖效率80%以上，循環(huán)也很穩(wěn)定，但是硬碳儲鈉電位接近0V，在快速充電過程中，可能會導(dǎo)致鈉在硬碳表面的沉積和鈉枝晶的生長，從而帶來安全隱患，需要研發(fā)新型安全的高電壓(相對于鈉的沉積電位要高)負極材料。
有機材料具有豐富的化學(xué)組成，寬的電位范圍可調(diào)，可以實現(xiàn)多電子轉(zhuǎn)移，而且原料可以從自然界生物質(zhì)中得到，來源豐富，材料可循環(huán)降解，對環(huán)境無害，作為電極材料引起了研究者的極大興趣。鈉離子電池的定位就是用于大規(guī)模儲能電池，因此研發(fā)低成本、環(huán)境友好的有機電極材料更具有其必要性。
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)清潔能源實驗室博士生趙亮與胡勇勝研究員等提出，以一種新型成本低廉的有機材料對二苯甲酸二鈉(Na2C8H4O4)作為鈉離子電池負極材料。該材料具有約250 mAh/g的可逆儲鈉容量，平均脫嵌鈉電位0.43 V，且循環(huán)穩(wěn)定，是一種有前途的負極材料。由于該材料導(dǎo)電性較差，使用時需要混合大量的導(dǎo)電添加劑，導(dǎo)致其首周庫侖效率較低。他們進一步利用原子層沉積技術(shù)(ALD)，對其電極表面進行幾個納米的Al2O3包覆，部分抑制了SEI膜的生長，提高了其首周庫侖效率、倍率性能和循環(huán)性能。該工作發(fā)表在Adv. Energy Mater.(2, 962-965, 2012)上。
上述工作得到了科技部儲能材料研究創(chuàng)新團隊、中科院知識創(chuàng)新工程能源項目群方向性項目、中科院百人計劃和國家自然科學(xué)基金委的大力支持。
