鈉離子電池的案例
如何看待鈉離子電池的發展？
周末最熱鬧的是有關于鈉離子電池的討論，在寧德拋出自己的鈉離子電池已經成熟以后，7月要發布產品以后，基本以一己之力帶動了這個方向的投入。如下圖所示，按照我們原有對于動力和電化學儲能電池的理解，歐盟“電池2030” 未來重點發展的電池體系，包括鋰離子電池（Gen3、Gen4和Gen5）、非鋰離子電池（鈉離子是一個很前的順序）和未來新型電池，這里單把鈉離子電池拉出來成熟，就有點出人意料了。
圖1 歐洲電池2030年的計劃
鈉離子電池同樣是在上個世紀七十年代末期鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時開展研究，從應用范圍和成熟度來看，鋰離子電池占據了很好的卡位，從當下來看，鈉離子電池主要的應用潛在領域是在儲能領域
圖2 鋰電子電池和鈉離子電池的對比（出自From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities）
在中國公司進入以前，在這個研究領域主要有歐美日幾個創業企業來嘗試和探索，我們大致可以梳理一下歐洲的企業運行情況，主要有兩家公司英國Faradion Limited和法國TIAMAT SAS。
1）Faradion
這家初創公司成立于2011年，主要在2017年發布產品設計，然后和鋰電池企業談合作。下面是他們工程設計的一些產品（正極材料為Ni、Mn、Ti基O3/P2型層狀氧化物，負極材料采用硬碳），主要做一些儲能和電動自行車裝車嘗試（這個電池容量也比較小）。
展開 寧德時代7月29日舉行鈉離子電池發布會，股價逆市大漲7.62%
7月28日早間，寧德時代微信公眾號發布消息稱，寧德時代鈉離子電池發布會將于7月29日下午3:30舉行。
受此消息影響，寧德時代(300750.SZ)當日股價應聲大漲，盤中最高漲幅達到7.62%，截至收盤，漲6.07%，報525.05元，總市值12228億元。與此同時，鈉離子電池概念股，如華陽股份、容百科技、圣陽股份、欣旺達等當日股價也同步走高。
圖片來源：寧德時代
今年5 月 21 日，在寧德時代年度股東大會上，董事長曾毓群就透露，寧德時代將于今年 7 月前后發布鈉電池。實際上，鈉離子電池并非全新技術，上世紀70年代這一概念就已經被提出，如今再次被行業重視，是因為有諸多優勢。
首先鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰鹽而言儲量更豐富。據了解，鈉離子地殼豐度約為2.36%，遠高于鋰離子的0.002%。此外，全球鋰儲量分布主要集中在智利、澳大利亞、阿根廷三國，分布極不均衡，反觀各國家均可采用海水制備鈉鹽，鈉資源分布均勻；
在資源儲備豐富的前提條件下，鈉離子電池也就具備了成本優勢。根據中科海鈉測算，受益于正極材料成本低，鈉離子電池較鋰離子電池BOM成本低30%-40%。
此外，鈉離子電池電化學性能相對穩定，更具安全性。
不過，鈉離子電池也存在一些缺點。
展開 【論文介紹】有機電解液在鈉離子電池中的研究進展
隨著對大型儲能電池的需求逐漸增加，鈉離子電池由于其資源豐富、價格低廉且與鋰性質相似等優點而被廣泛關注。在鈉離子電池的關鍵材料選擇中，鈉離子電池的電化學性能和安全性同時受電解液的影響，這不僅決定了電池的電化學窗口和能量密度，而且還控制著電極/電解液界面的性質。如何調控電解液的成分以及選擇合適的電解質鹽和溶劑，進一步提升固體電解質界面和電化學穩定性成為研究的熱點。
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鈉離子電池電解液的基本要求
在SIB體系中，電解質是發生電化學反應所必需的離子電荷載體。理想的情況下，鹽/溶劑的結合必須滿足高離子電導率在寬的電勢范圍內具有電化學穩定性和化學穩定性、熱穩定性、低成本、工藝簡單、低毒性和環境友好型等特點。
除了這些基本要求之外，為了滿足鈉離子電池高能量密度、長循環穩定性等要求，對電解液的設計又提出了以下幾點特殊要求：
（1）SIB電解液不僅要考慮高電導率和大的鈉離子遷移數，還要考慮其熱穩定性、經濟效益和固體電解質界面的穩定性。
（2）電解液在不同電極表面產生的SEI層具有不同的組成和性質，從而影響SIB的電化學穩定性，工業上生產要注重電解液與電極的匹配。
（3）對一系列電解液在不同體系下進行基礎性的實驗，通過先進的表征與模擬計算來探索溶劑的離子尺寸、溶劑化離子尺寸和LUMO-HOMO值等，這些參數將會影響在不同結構材料中的儲鈉機制。
展開 如何看待寧德時代發布鈉離子電池？
寧德時代昨天的鈉離子發布會特別簡短，等了2天，實際只看了10分鐘，就此簡單談一談看法。
一、鈉離子電池
首先要回答一個問題，什么是鈉離子電池？是指依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作，與鋰離子電池工作原理相似。上個世紀七十年代末期起，鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時開展研究。從最終的成熟度和應用范圍來看，鋰離子電池占據了很好的地位，當下，鈉離子電池主要的潛在應用領域是在儲能方面。
圖1 鋰電池和鈉電池的對比（出自From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities）
對于產業鏈還沒完全成熟的鈉離子電池，它的優缺點都較為明顯。首先，體積能量密度及質量能量密度都比較有限；但和鉛酸電池相比，其成本優勢明顯，能量密度、循環壽命、高低溫性能以及倍率性能均較好，所以它早期的定位還是比較確定的。
二、這次寧德時代發布了什么？
我整理的發布會要點如下：
（1）鈉離子正極材料方面，目前具有潛在商業化價值的，有普魯士白和層狀氧化物兩類材料。克容量已經達到了160mAh/g，與現有的鋰離子電池正極材料相當。寧德時代的工作，主要是對材料的體相結構進行電荷重排，對材料表面進行重新設計，解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題，使創新的材料具備了產業化條件。在負極材料方面，開發了能夠讓大量的鈉離子存儲和快速通行的獨特孔隙結構的硬碳材料。在電解液方面，開發了適配這樣的正極負極材料的新型獨特電解液體系。在制造工藝方面，可以與目前的鋰離子電池制造工藝和設備相兼容。
備注說明：也就是在現有鋰電池的封裝、產線上能做到最大可能的復用。
展開 
電池難創新？曾毓群：不存在的，寧德時代第一代鈉電池問世
“有人認為電池的化學體系已很難創新，只能在物理結構上做些改進。但我們認為，電化學的世界，就像能量魔方，未知遠遠大于已知。”這是寧德時代董事長曾毓群在鈉離子電池發布會上的感言。
7月29日15:30分，寧德時代宣傳已久的鈉離子電池終于揭開神秘面紗。在短短10分鐘的線上發布會上，寧德時代向業界展示了其第一代鈉離子電池在材料體系、電池性能以及結構設計上的多項技術創新。特別是電芯單體能量密度已經達到160Wh/kg和創新的鋰鈉混搭電池包，讓一度被局限于儲能市場的鈉離子電池技術，有了更多可應用的場景和空間。
能量密度達160Wh/kg，AB電池系統補短板
大家知道，鈉離子電池并非全新技術，其與鋰離子電池相似的工作原理，主要是通過鈉離子在正負極之間的嵌入、脫出實現電荷轉移。但是相較鋰離子，鈉離子體積較大，在材料結構穩定性和動力學性能方面要求更嚴苛，這也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。
作為動力電池龍頭企業，寧德時代基于多年來在鈉離子化學體系材料領域的研發，已解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題，使創新的材料具備了產業化的條件。
展開 延邊大學權波：制備硫摻雜石墨烯的新戰略-可用于高性能鈉離子電池負極材料
引言：
隨著現代生活中對可攜帶式電子設備和大規模能量儲存裝置的需求不斷提高，“后鋰離子電池” 代表性新體系的鈉離子電池（Na-ion batteries, NIBs）受到了廣泛的矚目。鈉離子資源在地殼分布即豐富、又均勻、成本低廉、可快速充放電性能等優點。但是鈉離子的體積比鋰離子大，傳統的鋰電池負極材料“石墨”不能在鈉離子電池體系中工作。所以需要開發出能用于鈉離子電池的負極材料。
成果簡介：
近日，延邊大學權波博士（第一作者）和韓國首爾國立大學電化學能源研究團隊合作在國際期刊Advanced Science《尖端科學》上在線發表了題為“Solvothermal‐Derived S‐Doped Graphene as an Anode Material for Sodium‐Ion Batteries”的文章。文章利用一種新型熱處理法制備出硫摻雜石墨烯，并用于鈉離子電池負極材料。此類新型熱處理工藝制備出的硫摻雜石墨烯具有較大的層間距（~0.4 nm）、更高的無序度、和較大的比表面積（308 m2 g?1）。作為負極材料在電流密度100 mA g?1下循環300次后還保持380 mAh g?1 的比容量。即使在2.0 A g?1 大電流密度下充放電，循環1000次還保持263 mAh g?1 的比容量。此研究提供了制備碳基鈉離子電池負極材料的新策略。
展開 北科大范麗珍: 超小磷鐵鈉礦NaFePO4納米粒子用作高性能鈉離子電池正極材料
【引言】
鈉離子電池憑借資源和價格優勢在大規模儲能領域具有重要應用前景。然而，鈉離子較大的半徑和質量不利于它與電極材料的可逆反應。開發能夠快速、穩定存儲鈉離子的高比能電極材料是提升鈉離子電池性能的關鍵之一。在目前已知的正極儲鈉材料中，鐵基磷酸鹽由于成本低廉、環境友好引起廣泛關注。其中，NaFePO4因理論比容量高（154 mAh g-1）和工作電位適宜脫穎而出。鑒于橄欖石結構LiFePO4在鋰離子電池中取得的巨大成功，橄欖石型NaFePO4已經被廣泛嘗試用作鈉離子電池正極材料。然而，橄欖石型NaFePO4并非熱力學穩定相，往往需要通過復雜的離子交換過程從橄欖石結構LiFePO4制得，限制其實際應用。相比而言，熱力學穩定相磷鐵鈉礦NaFePO4由于缺乏鈉離子傳輸通道通常被認為不具有電化學活性。此外，NaFePO4較低的本征電導率和脫/嵌鈉過程中較大的晶格差異影響其倍率性能和循環穩定性，有待改善。
【成果簡介】
近日，北京科技大學范麗珍教授（通訊作者）與劉永暢副教授（第一作者）團隊在材料領域國際權威期刊—Advanced Functional Materials (IF=12)上在線發表了題為“Approaching the Downsizing Limit of Maricite NaFePO4 toward High-Performance Cathode for Sodium-Ion Batteries”的文章。利用靜電紡絲技術將平均尺寸僅1.6 nm的超小磷鐵鈉礦NaFePO4納米粒子均勻鑲嵌入多孔氮摻雜的碳納米纖維。制得的NaFePO4@C纖維膜緊貼于鋁箔，可直接用作鈉離子電池正極。
展開 斯坦福團隊開發新鈉基電池，成本不到相同容量鋰基電池的 80%
斯坦福大學團隊開發了一種新型鈉離子電池，可以儲存和目前市場上最先進鋰離子電池一樣多的容量，但成本僅不到鋰離子電池的 80%，畢竟鹽很豐富，鋰較稀有。不過，鈉基電池能否取代鋰離子電池很難說，畢竟鈉離子電池的表現很難被超越、成本在逐年下降，更重要的是有大量資金涌入鋰礦開采和鋰電池制造廠。
（來源：斯坦福大學）
該團隊并非開發鈉離子電池的先驅，但他們相信，這款鈉基電池在價格與性能方面將具有更大的優勢。研究人員使用具有帶正電荷的鈉離子與負電荷的肌醇離子構成鈉陰極和磷陽極，其中，肌醇是一種可以在嬰兒配方奶粉中發現的有機化合物，也容易從米糠、碾磨玉米的過程中取得。
研究人員表示，當改用鈉離子和肌醇離子電極使電子流動的效率提升時，也明顯提高這種鈉離子電池的性能，使電池能以更低的成本產出與鋰離子電池相當的效率。此外，團隊也優化了電池的充電周期，目前正在進一步改善磷陽極，這代表比以前的鈉電池具更長的壽命和更大的電量，雖然這款鈉離子電池若想投入消費市場，還有很長一段路要走。
鈉離子電池的最大優點是成本降低，鋰每公噸成本為 15,000 美元，但是鈉每公噸成本僅約為 150 美元，加上強大的汽車制造商都在關注新電池技術，雖然斯坦福大學的鈉離子電池尚在開發階段，但研究人員有自信他們的鈉離子電池可以成為鋰離子電池的成本性替代品。
或許 50 年后，氫燃料電池、石墨烯超級電容器、太陽能電池等技術有機會減少人類對鋰原料的依賴，但就現在而言，鋰甚至有機會成為“下一個原油”。
展開 一聲“鈉”喊，寧德時代打通電池行業任督二脈
自亞歷山德羅?伏打1800年發明銀鋅電池至今，電池已然在兩百多年的歷史中脫胎換骨。愈是發展完備，那么挖掘潛力和創新開發便難度愈高。故而，已經有觀點開始談及電池性能天花板。當真電池如今只能進行結構優化、而難以在材料方面實現跨越么？
“有人認為電池的化學體系已很難創新，只能在物理結構上做些改進。”曾毓群在發布會上如此介紹。然而鈉離子電池的誕生，即意味著寧德時代已經打破了上述桎梏。
根據黃起森博士公布的信息：第一代鈉離子電池的單體能量密度為160Wh/kg；在常溫下充電15分鐘，電量就可以達到80%，具備了快充能力；熱穩定性優異，甚至超過了國家標準，且在零下20°C低溫的環境下，仍然有90%以上的放電保持率。
除了能量密度，鈉電池在各方面均優于LFP電池
而根據寧德時代的數據，鈉離子電池的集成效率可達80%。換而言之，鈉離子電芯集成到電池系統中后，系統的能量密度仍可達128Wh/kg。這個數據不如現有的磷酸鐵鋰電池，但差距并不大。
此外，在發布會上寧德時代同時還宣布，在第二代鈉離子電池中，也會快速補齊能量密度短板，有望達到200Wh/kg。
每到夏季，各大電動車新老勢力無不心驚膽戰，能量密度和安全性，是制約鋰電池發展的兩個重要維度，所以，更為穩定而且安全的鈉電池的誕生，就迅速成為關注熱點。
當然，在能量密度和安全性的平衡點外，還有第三個關鍵點——成本。
展開 JACS: 單層TiC3用于高比容量的鈉離子電池
【引言】
鋰離子電池（LIBs）是最成功的清潔和高效能量存儲設備之一，被廣泛用于各種便攜式電子設備。然而，鋰在地球上的儲存量相當有限。按目前每年21280噸的消耗率，現有的鋰源只能維持約65年。鈉是地殼中第四豐富的金屬元素，為開發鈉離子電池（SIBs）提供了大量的鈉源。鈉與鋰具有相似的電化學性質，這意味著LIBs中的一些成熟技術可以遷移到SIBs。此外，SIBs的安全性遠優于LIBs。因此，SIBs成為能源儲存設備的最佳候選者之一。然而，SIBs仍處于最初的發展階段，面臨許多問題。現有陽極材料性能已成為制約SIBs性能提高的主要障礙。已報道用于SIBs的各種改進的C基陽極材料（例如膨脹石墨，硬碳，嵌入碳中的錫納米顆粒和分層多孔碳/石墨烯復合材料）。但是，它們的比容量遠遠不能令人滿意。盡管IV族和V族元素材料（如Ge，Sn，Pb和Sb）的比容量有所提高，但它們的倍率能力極大地限制了SIBs的性能。因此，對于SIBs來說，開發合適的鈉離子電池陽極材料變得相當緊迫。
【成果簡介】
近日，東北師范大學物理學院楊國春教授團隊通過第一性原理的群體智能結構計算發現理想的陽極材料，即金屬TiC3單層，不僅具有1278 mA h g-1的高存儲容量，而且具有低勢壘能量和開路電壓。TiC3吸附兩層Na原子后仍保持金屬性質，使電池循環過程中具有良好的導電性。此外，高熔點和優越的動力學穩定性有利于實際應用。其優異的性能主要歸因于TiC3單層中存在n-聯苯單元。多鍵共存（例如共價鍵，離子鍵和金屬鍵）使得TiC3單層顯示出高內聚能，這為實驗合成提供可行性。與TiC3相比，官能化的TiC3O顯示更高的存儲容量; 同時，它保持幾乎相同的勢壘。這與富含金屬的MXenes形成鮮明對比。TiC3不僅顯示出優異的熱和動態穩定性，而且顯示出高電子和離子電導率。
展開 中科大陳春華《ACS AMI》：空心球結構的鈉離子電池正極材料！
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.1c04035
由于化石燃料的不斷利用造成了環境污染，因此有必要尋求諸如可充電電池等環境友好型儲能系統。雖然鋰離子電池（LIBs）是目前主要的電化儲能系統，但鋰的原料豐富度（0.0065%）遠低于鈉的豐富度（2.3%），因此，鈉離子電池（SIBs）也是很有吸引力的替代品。研究人員研究了許多鈉離子電池正極材料，如過渡金屬氧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、焦磷酸鹽，其中聚陰離子正極材料結構穩定，充放電時體積變化小。橄欖石NaFePO4作為鋰離子電池正極材料LiFePO4的類似物，具有較高的放電比容量和良好的循環性能，但傳統方法不能直接制備。
非晶態NaFePO4正極材料具有良好的放電比容量，然而，它具有倍率性能差、工作電壓低等缺點。與橄欖石NaFePO4相比，通過機械球磨方法可以直接制備出多晶型的NaFePO4，但其晶體結構缺乏Na+擴散途徑，不具有電化學活性，另一方面，Na2FeP2O7材料具有較高的電壓平臺，但其電化學反應涉及單電子遷移過程，導致其理論容量相對較低，從而縮小了該材料的應用范圍。
因此，作者采用一種簡便的噴霧干燥方法合成了具有空心球微結構的碳包覆Na4Fe3(PO4)2(P2O7)（NFPP/C）粉末。本項工作中作者使用廉價的葡萄糖作為碳源，降低了合成NFPP/C的成本。所獲得的樣品具有良好的循環穩定性，在10C下1500周循環后仍有92%的初始容量，優化后的樣品在高溫下仍具有優異的電化學性能。此外，通過將這種NFPP/C正極與硬質碳負極結合組裝成鈉離子全電池，其能量密度高達108 Wh kg?1。另外，作者發現NFPP/HC在充放電過程中體積變化較小。
展開 
COMSOL鋰電池技術仿真與應用(八)鈉電正負極預鈉化&補鈉過程機理研究
鈉損耗
鈉離子電池 的電極材料也存在電化學循環中的鈉損失問題，從而導致其循環性能惡化。鈉離子電池中的不可逆容量損失的原因主要如下：
①電解液分解形成固體電解質界面膜(SEI膜)。鈉離子電池的電解液主要由碳酸酯類溶劑和鈉鹽組成，電解液在低電位下易發生不可逆分解反應形成SEI膜，從而導致首次庫侖效率降低。對于合金類負極材料，由于其在儲鈉過程中的體積變化劇烈，使得SEI膜在循環中不斷發生分裂和重構，導致鈉離子消耗進一步增加。
②結構缺陷對鈉離子的捕獲。硬碳等材料中存在大量的結構缺陷，其中部分缺陷可對鈉離子進行不可逆捕獲，從而造成首次容量的不可逆損失。
③副反應引起鈉消耗。普魯士藍等正極材料中含有配位水，易在高電位與電解液發生副反應并引起鈉消耗。目前，研究者從材料和電解液設計等方面做了大量的工作來降低鈉離子電池中的不可逆容量損失，但鈉消耗難以完全消除。因此，對鈉離子電池電極材料的預鈉化成為上述問題的一種重要解決手段。
負極預鈉化
負極預鈉化按照預鈉化方法的原理不同可分為物理預鈉化、電化學預鈉化和化學反應預鈉化。
物理預鈉化
物理預鈉化是將鈉粉或鈉箔在一定的壓力下直接輥壓到極片表面，或者將鈉金屬粉末加入到漿料中，與活性物質、導電劑、黏結劑混合均勻后制成電極，從而實現預鈉化的目的。但是，金屬鈉的質地柔軟，難以形成穩定的粉末。并且與金屬鋰相同，金屬鈉的活性極高，難以在空氣中穩定和安全地存放，因此，使用金屬鈉粉末的預鈉化方法只能夠在無氧無水的手套箱中進行。
展開 阿卜杜拉國王科技大學利用激光制成鈉離子電池理想陽極材料
據外媒報道，雖然鋰離子電池使用起來比較高效，但它們的成本卻有些高。如何在普通材料和效率之間尋找到平衡點？近日，來自阿卜杜拉國王科技大學（以下簡稱KAUST）的科研人員找到了一種制造“無序”石墨烯的方法，它能改進鈉離子電池的配方。
雖然鈉離子可能沒有鋰離子那么強大，但它們卻可以在數量和成本上取勝。通常用于鋰離子電池的陽極材料--石墨--同樣很便宜，但不幸的是它很難抓住比鋰離子大的鈉離子。過去，科學家通過碳化橡樹葉或在陽極填充皺巴巴的石墨烯球來解決這個問題。
KASUT團隊也采用了類似的方法。雖然這種叫做硬碳的無序石墨能夠解決問題，但想要得到它必須要讓溫度達到1000攝氏度才行。對此，科研人員想出了一個更加簡單的辦法--利用激光創建無序石墨烯。
首先，KAUST的研究人員在銅箔上涂上一層由聚酰亞胺和尿素組成的聚合物，然后用強激光將其“碳化”進而使其變成石墨烯。另外，研究人員還在這個過程中使用了氮氣。通過13%左右的氮氣，最終研究團隊得到了更具導電能力、原子間距擴大并能直接與銅基結合的3D石墨烯。
研究小組發現，當將這種材料用作鈉離子電池的陽極時，設備的電池效率比使用碳基陽極要更高、容量也更大。
據悉，這項研究報告已發表在《Advanced Energy Materials》上。
展開 寧德時代市值突破1萬億，即將發布鈉離子電池
在業界看來，寧德時代萬億市值背后，一個重要的推動因素是其在動力電池領域的絕對領先地位。中國汽車動力電池產業創新聯盟數據顯示，2021年1-4月，寧德時代以16.04GWh的動力電池裝機量，位居全國第一，市場占有率達到50.7%，遠超第二名比亞迪的13.4%。
另在全球動力電池市場上，寧德時代也以超過30%的市場份額蟬聯四連冠。2021年第一季度，寧德時代以15.1GWh的動力電池裝機量位居全球第一，市場份額達到31.46%；排名第二的是LG新能源，裝機量和市場份額分別為9.8GWh、20.42%。
寧德時代近期公布的財報數據顯示，2021年一季度，寧德時代實現營業收入191.67億元，較去年同期增長112.24%；歸屬于上市公司股東的凈利潤達19.54億元，同比去年增長163.38%。
5月21日，在寧德時代年度股東大會上，董事長曾毓群透露，寧德時代將于7月前后發布主要應用于儲能或低速新能源車的鈉離子電池。業內觀點認為，寧德時代即將發布的鈉離子電池產品，一方面可以成為鋰電池的重要技術補充，以防未來鋰資源短缺時出現供應緊張局面；另一面，也有助于寧德時代形成動力電池和儲能業務雙輪驅動的局面。
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展開 上硅所&華科大：鈉離子電池材料設計方面取得進展！
來源 | 上海硅酸鹽研究所 Chem
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員劉建軍團隊與華中科技大學教授黃云輝團隊通過合作研究，設計有機共軛分子的三維折扇排列與過渡金屬離子配位構建納米金屬有機框架（MOF）材料苝四甲酸鋅(Zn-PTCA)，首次突破共軛碳環儲鈉的電化學活化，極大地提高了電極材料的儲鈉容量，為進一步設計新型高比容量電極材料提供新思路。相關研究成果在Chem雜志發表。
文章鏈接：
https://www.cell.com/chem/pdf/S2451-9294(18)30367-X.pdf
具有三維孔道結構的MOF納米材料主要通過過渡金屬離子（或者納米團簇）與有機配體自組裝而成，因具有孔道結構易調控、比表面積高和表面官能團豐富等特點在氣體吸附與分離、納米催化等方面有廣泛應用。然而由于比容量有限，在電化學儲能材料應用方面受到極大限制。以鈉離子電池材料為例，鈉離子電池中金屬有機電極材料的儲鈉位點主要集中在表面豐富的官能團（C=O、C≡N），可通過官能團和結構骨架共軛環內的單雙鍵重排機制實現電子穩定存儲。
但由于半徑較大的鈉離子很難嵌入MOF材料有機共軛骨架的層間，以及鈉離子嵌入層間對層間范德華力的破壞且與共軛碳環間較弱的作用力等原因導致鈉離子很難儲存在有機結構骨架共軛碳環（sp2-C）中，進而導致MOF材料的可逆比容量較低。因此，活化共軛碳環儲鈉的電化學活性，對提高電極材料存儲容量至關重要，但具有較大挑戰性。
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