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硬碳也是一种可以储存Na离子的负极材料,由于硬碳材料结晶度较低,碳原子层的排布规则度较低,因此可以储存较多的Na离子,其容量可达到300mAh/g以上,但是循环性能较差,例如1维的纳米碳纤维循环600次以后容量仅为176mAh/g。
而且硬碳的首次效率较低,这主要是因为硬碳较大的比表面造形成数量客观的SEI膜造成的,特别是对一些多孔碳材料,其较大的表面积严重的影响了钠离子电池的首次效率。因此降低硬碳材料的比表面积有助于提高硬碳材料的容量。
合金负极也是一种十分具有吸引力的负极材料,例如锡基和硅基材料,由于其较高的比容量,成功吸引了人们的注意。当然与锂离子电池一样,这些材料仍然存在膨胀过大的问题。锡基负极能与Na形成Na15Sn4合金,比容量可达847mAh/g,但是这也伴随着420%的体积膨胀,这极大的制约了锡基负极的应用。
磷负极也是钠离子电池负极的一个候选者,磷与Na可以形成Na3P结构,理论比容量达到2600mAh/g,当P与炭黑按照7:3的比例混合时,可以等到性能优良的复合材料,比容量达到2000mAh/g以上,并具有良好的循环性能和倍率性能。
除了上述的钠离子电池负极,其他的一些金属氧化物也是一种良好的负极材料,例如TiO2材料,由于其性能好,资源丰富,且成本低因此是一种十分具有潜力的钠离子电池负极材料。
例如TiO2/C复合材料,具有十分优良的倍率性能,在36C的超大倍率下,仍然具有90mAh/g以上。此外,金属硫化物也是一种可供选择的负极材料,例如MoS2材料在钠离子电池中也具有良好的电化学性能。
Na离子电池虽然能量密度不及锂离子电池,但是由于Na资源丰富,且十分容易获得,加之目前碳酸锂价格高涨,因此从长远来看,Na离子电池仍然具有十分广泛的应用前景,在一些对能量密度要求不高的领域,例如电网储能、调峰,风力发电储能等方面还是具有应用前景的。
因此在未来,钠离子电池可与锂离子电池形成高低搭配的组合,高端用锂离子电池,普通用钠离子电池。
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