钠离子电池可以代替可信赖的锂离子电池吗

钠离子电池是锂电池的潜在替代品，但阳极(带正电的电极)在锂离子电池上很好地工作，不能提供与钠离子电池相同的性能。缺乏晶体结构的无定形碳已知是有用的阳极，因为它具有可用于存储钠离子的缺陷和空隙。氮/磷掺杂的碳还具有吸引人的电性能。

在《应用物理评论》中，浙江大学，宁波大学和东莞理工大学的中国研究人员描述了他们如何应用原子尺度的基本物理概念来构建钠离子电池的高性能阳极。

涂说：“最近的研究表明，掺杂的无定形碳，特别是富电子元素掺杂的无定形碳，是钠储存的良好阳极。” “但是对于钠的储存方式或掺杂的碳的掺杂效果，没有共同的解释。”

为了寻求答案，研究人员使用能级轨道的概念来解释吡咯氮与磷氧键的亲和力，它们的原子相互作用，电子分布和电子云构型。

为了进一步了解不同的存储行为，他们应用了第一性原理计算，这是一种使用基本物理量来计算物理属性的方法。它基于电子密度函数，这是一种可以揭示晶体分子结构的量子力学概念。

当他们分析改性碳材料中嵌入的钠离子的电子分布，系统化学参数和吸附能时，他们发现吡咯氮和磷-氧键显示出真正的钠存储潜力。

涂说：“钠离子倾向于储存在这两种结构中。”

研究人员设计了一种水热处理工艺，以构建磷氧结构的前体，然后用富含双电子的元素掺杂碳阳极。涂说，这表明“在循环寿命和电池容量方面增强了电化学性能”。

他们的阳极实现了5,000个循环的生命周期，具有220毫安小时/克的增强容量，并减少了容量损失(0.003%/循环)。

涂说：“我们的工作填补了富电子元素掺杂的非晶碳的钠存储行为的理论空白，并为使用碳提供了实验基础。” “我们提供了用于大型钠离子电池的碳材料改性的指导。”

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