釜山大学开发高效钠离子电池负极

盖世汽车讯 锂离子电池具有高能量密度和长循环寿命，广泛应用于便携式电子产品和电动汽车。然而，锂的成本高、储量有限，因此需要开发替代储能系统，比如钠离子电池（SIB）。

（图片来源：釜山大学）

钠具有与锂相似的物理化学性质，而且能提供可持续性和成本效益。然而，钠的离子较大，扩散动力学缓慢，难以适应商用碳负极中的碳微结构，因此SIB负极存在结构不稳定和存储性能差的问题。使用掺杂杂原子的碳质材料，有望解决这些问题，但其制备过程复杂、昂贵和耗时。

据外媒报道，最近，由韩国釜山国立大学（Pusan National University）的Seung Geol Lee教授负责的团队，使用喹吖啶酮（quinacridones）作为前体来制备碳质SIB负极。诸如喹吖啶酮的有机染料拥有不同的结构和功能团，从而产生不同的热分解行为和微结构。当用作储能材料的前体时，热解的喹吖啶酮可以极大地改变二次电池的性能。因此，可以通过控制有机染料前体的结构来打造高效电池。

在这项研究中，研究人员重点关注2,9-二甲基喹吖啶酮（2,9-DMQA）。这种材料拥有平行分子填充结构，在600°C下热解时，可从淡红色变成黑色，残炭率高达61%。研究人员接下来进行了全面的实验分析，以描述潜在的热解机制。

研究人员提出，甲基取代基在450°C时会分解产生自由基，从而形成多环芳烃。多环芳烃具有纵向生长微结构，这是由平行堆积方向上的键桥而产生的。此外，2,9-DMQA中的含氮和含氧官能团会释放气体，从而在微观结构中形成无序区域。相反，热解未取代喹吖啶酮形成高度聚集的结构。由此可以看出，形态发展受到前体晶体取向的极大影响。

此外，在600°C下热解的2,9-DMQA，作为SIB负极表现出高倍率性能（在0.05 A/g时为290 mAh/g）和卓越的循环稳定性（在5 A/g时为134 mAh/g，持续1000个循环）。由于表面限制和层间距离增加，含氮和含氧基团可进一步提高电池存储。

Lee教授表示：“诸如喹吖啶酮的有机染料，可用作钠离子电池的负极材料，提供高效率，用于量产大规模储能系统。”