鈉離子電池是鋰電池的潛在替代品，但鋰離子電池的陽(yáng)極卻不能為鈉離子電池提供同樣的性能。對(duì)于鈉離子電池來說，缺乏結(jié)晶結(jié)構(gòu)的無定形碳被認(rèn)為是一種有用的陽(yáng)極，因?yàn)樗腥毕莺涂障叮梢杂脕韮?chǔ)存鈉離子。氮/磷摻雜的碳也具有不錯(cuò)的電性能。

在《Applied Physics Reviews》中，來自浙江大學(xué)、寧波大學(xué)和東莞理工大學(xué)的研究人員描述了他們?nèi)绾螒?yīng)用原子尺度的基本物理概念來構(gòu)建鈉離子電池的高性能陽(yáng)極。

摻雜的非晶碳，特別是富電子元素?fù)诫s的非晶碳，是一個(gè)很好的儲(chǔ)鈉陽(yáng)極，但對(duì)于鈉存儲(chǔ)的工作原理或摻雜碳的摻雜效果，還沒有獲得一致的解釋。為了尋求答案，研究人員使用能級(jí)軌道的概念來解釋吡咯氮和一個(gè)磷氧鍵的親和力、它們的原子相互作用、電子分布和電子云配置。

為了更近距離地了解獨(dú)特的存儲(chǔ)行為，他們應(yīng)用了第一原理計(jì)算，這是一種利用基本物理量來計(jì)算物理性質(zhì)的方法。它基于電子密度函數(shù)，這是量子力學(xué)的一個(gè)概念，可以揭示晶體的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)他們分析了嵌入在改性碳材料內(nèi)的鈉離子的電子分布、體系化學(xué)參數(shù)和吸附能量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)吡咯氮和磷氧鍵顯示出真正的鈉存儲(chǔ)潛力。

研究人員設(shè)計(jì)了一種水熱處理方法來構(gòu)建磷-氧結(jié)構(gòu)的前體，然后在碳陽(yáng)極上摻入雙電子豐富的元素，顯示出增強(qiáng)電池的循環(huán)壽命和容量的電化學(xué)性能。他們的陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)了5000次循環(huán)壽命，容量增強(qiáng)到220毫安時(shí)/克，并減少了容量損失（0.003%/循環(huán)）。

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