Nano Letters: 解析尺度依赖性玫瑰酸钠基有机电极材料储钠性能【新能源160510期】

尽管锂离子电池是一种非常有潜力的新能源电池，但由于锂资源的昂贵和有限，人们不得不去开发新的能源电池体系。钠离子电池由于其自身的来源丰富和廉价受到了大家的关注，传统的钠离子电池正极材料中过渡金属氧化物有P2和O3型两种结构，此外还有磷酸盐类，其中铁硫酸酯钠电极被认为具有良好的电化学性能。与属于能源消耗型的无极金属氧化物物相比，生物有机物则更有潜力成为下一代新能源，

受到生物代谢过程中羟基和硝酰基的氧化反应的启示，德克萨斯州大学奥斯汀分校的余桂华教授产生了利用有机材料制造新型钠离子电池的想法。

作者的灵感来自于生物体中生物分子的氧化还原反应代谢过程中特定的官能团如羧基和硝酰基,有机材料具有不同氧化还原中心由此可以为开发制造先进的钠离子电池提供新思路。

该研究主要集中在不同尺度下的正极材料的电化学性能，同时通过循环伏安法、X射线衍射（XRD）测试和密度泛函理论计算来分析该材料的分子设计和电势。

 图1中a,b,c,分别为微块、微棒状和纳米棒状的形貌，d为放大倍数的纳米棒状，此外通过XRD对其进行了分析，三种形态下玫瑰酸钠的晶体结构是相同的，此外热重分析表明在300℃能保持较好的热稳定性

图2中a、b、c对应微块，微线，纳米线三种性状下在0.2 mV/s 扫描速率在25 °C下的CV曲线。可以看出纳米棒状材料的极化程度是最小的。同时充放电曲线d中纳米棒状的比容量也是三者中最高的，但是不足的是充放电过程中的平台较多.

图3则是通过密度泛函理论展示了这种材料在脱钠和嵌钠时的两种不同的钠离子结合脱离位置的方式

图4是三种尺度形貌下的材料的电化学性能，无论是循环性能还是阻抗测试，都是纳米棒状的性能较好，0.1 C下循环100圈容量仍然能保持190 mAh g⁻¹ ，库伦效率90%，而且阻抗测试表明纳米棒状的阻抗明显小于其他两种，钠离子的扩散速率为7.9 ×10−16 cm² s⁻¹ ，并且在80℃时，能达到∼210 mA h g⁻¹，随着温度降低到0 ℃，容量也依然能达到175 mA h g^-1。

图5中为玫瑰酸钠在充放电过程中的结构的变化的XRD图谱，首次充放电为一种不可逆的结构相变，然而第二次脱钠嵌钠后，26° 到36°之间原始峰移回初始位置，表明此时发生可逆的结构相变.

作者通过一系列的研究手段，较为系统的研究了玫瑰酸钠这种材料应用于钠离子电池的可行性, 系统的分析了合成不同形态的该种材料对电池材料的影响，其中纳米棒状不仅提高材料的活性利用，而且提高了材料的电化学性能，使得其0.1 C倍率下100次循环后库伦效率依然能保持90%，通过对其结构和性能的系统分析，采取在结构上的合理调控，利用有机电极材料或许能够开发出环境友好型，可持续的，高性能的钠离子电池。

该工作发表于Nano Letter，原文链接为：Understanding the Size-Dependent Sodium Storage Properties of Na2C6O6-Based Organic Electrodes for Sodium-Ion Batteries

该文献导读由材料人新能源学术小组  胖子猫叔  供稿，参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，若想参与新能源文献解读和文献汇总、新能源知识科普和深度挖掘新能源学术产业信息，请加qq 2728811768。

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