用于鈉離子電池陽極的氮摻雜納米多孔碳材料研究

用于鈉離子電池陽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，相應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、價格低廉且分布廣泛等優點。但是，鈉離子半徑約大于鋰離子半徑55%，這導致鈉離子從陽極材料中脫嵌（鈉離子從陽極材料中脫出來的過程）緩慢，影響電池的循環和倍率性能（不同電流值的放電性能）。對于常規的陽極材料，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極活性表面積來解決該問題。

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，且生產成本較低、耐酸堿腐蝕強，因此其可作為鈉離子電池陽極材料最具潛力的材料。為了進一步增強納米多孔碳與外來分子的結合，常采用氮原子摻雜（又稱氮摻雜）對材料表面處理，并依此調節納米多孔碳的電子結構。

在制備氮摻雜納米多孔碳時，首先采用德國（Merck）集團生產的1-乙基-3-甲基四氟硼酸咪唑（EMIM-BF4）和美國瑪奧德里奇（Aldrich）公司生產的乙醇鉀作為原料，混合反應生成納米多孔碳；之后利用韓國大宇（Daewoo）公司生產的微波反應爐，在功率700W的條件下對生成的納米多孔碳進行300s的微波處理，實現氮摻雜，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）對制備的氮摻雜納米多孔碳材料進行形態分析。結果發現，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。對氮摻雜納米多孔碳材料的電化學性能進行分析發現，其作為鈉離子電池陽極時，初始理論容量為268mAh/g，且在充放電循環200次后仍能保持初始容量的93%，同時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