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由于鈉含量豐富、制造成本低以及與鋰的相似性，鈉離子電池（SIBs）是一種有潛力的電網級儲能技術。然而開發高性能電極材料，尤其是用于SIBs的負極材料仍然是必不可少的，這最好基于對鈉存儲機制的更透徹了解。

在此，華東理工大學張玉研究員與德國馬普學會膠體與界面研究所所長Markus Antonietti教授等人綜述了碳質和硬碳負極材料中鈉離子存儲機制的研究進展，并討論了不同存儲機制對不同電壓分布區域的分配。

通過將電壓-容量曲線轉換為基于能斯特方程的等溫吸附曲線并計算吸附焓，然后將這些值與其他報道的相互作用過程（如氣體吸附或溶劑化實驗）進行比較，可以獲得鈉和電極材料之間相互作用框架的解釋。

基于熱力學解釋，作者總結了為未來SIB負極提供更好性能的碳質材料的有效策略，包括雜原子摻雜、層間膨脹和表面改性的化學策略以及不同的孔結構調控等。

圖1. 硬碳負極的儲鈉機制

最后，作者提出了挑戰并展望了未來SIBs的硬碳負極研究。作者指出，同一種碳材料具有結構復雜性，很可能來自不同的前體，結合理論模擬的先進表征技術的發展對于揭示其詳細的結構和機制具有重要意義；低初始庫倫效率（ICE）是當前鈉電池面臨的另一個挑戰，新的分析方法與原位表征相結合可用于通過實驗揭示鈉的分布和剩余量。

此外，還必須考慮“化學合成”SEI即惰性多孔涂層結構以避免還原的Na物質與溶劑接觸；另一個突破性的創新可能是新的碳基共價主體系統，如氮化碳等。

圖2. 不同電位范圍的儲鈉機制和相應的策略示意圖

A Reanalysis of the Diverse Sodium Species in Carbon Anodes for Sodium Ion Batteries: A Thermodynamic View, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102489

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華理&馬普學會膠體與界面所AEM：鈉離子電池碳負極儲鈉機制的熱力學觀點

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