中国粉体网讯 因钠元素在地球上的丰富储备，钠离子电池是目前锂离子电池最有前途的补充，作为一种新兴的低成本储能技术，在大规模电化学储能中具有较好的应用前景。
由于碳材料的原料丰富、成本低廉、具有低的电化学电位，通常是电池负极材料的首选。其中，石墨具备良好的化学稳定性和相对较高的比容量被广泛用于商业锂离子电池。但是由于热力学的限制，钠与石墨的层间化合物不存在，将石墨作为钠离子电池的负极几乎不显示储钠活性，这导致容量的极大损失。
硬碳是一种结合了非晶/短石墨畴的无序材料，由于其独特的结构，在存储过程中有利于钠离子快速传输和缓解体积膨胀。加上其资源丰富、价格低廉、电化学性能优异而受到广泛关注，被认为是最适合钠离子存储的材料。
由于较大钠离子很难进入石墨层间结构，造成了硬碳的钠储存行为与储锂行为的不同。目前，人们对硬碳材料的钠存储机理看法不一。根据硬碳材料微结构的不同，研究者们近年来也提出了符合自身实验现象的不同的Na+存储机制，包括“插层-填孔”、“吸附-插层”、“吸附-填孔”、“吸附-插层/填孔”等。
硬碳材料储钠机理模型：（a）插层-填孔机理模型；（b）吸附-插层机理模型；（c）吸附-填充机理模型；（d）吸附-插层-填孔机理模型
综合来看，硬碳材料中的储钠行为主要包括：（1）表面、缺陷位点和官能团的吸附；（2）微孔填充；（3）石墨化碳层的插层。另外，常规硬碳的电化学充放电曲线一般分为两个部分：平台区（0.1V以下）和斜坡区（0.1V以上）。目前的争议主要集中在平台和斜坡区域所分别对应储钠机理的认识。先进的表征手段将加深对反应机理的理解并提供更多的信息，可进一步揭示钠储存的机制。可以预见，随着先进测量技术的发展，储钠机理的研究将会取得更多的进展。
硬碳材料通常通过固态有机前驱体热分解得到，其纳米结构、微观形貌、孔径分布以及缺陷种类都由前驱体控制，因此分析前驱体种类对所制备的硬碳材料结构和性能的影响具有重要的意义。
合成聚合物是硬碳前驱体的重要来源。与天然聚合物相比，合成聚合物能够从单体种类和聚合方法有效调控聚合物的主链结构和空间构型，其对所制备的硬碳材料储钠特性有着积极的意义。因此，不同种类的合成聚合物已经被广泛地用于制备钠离子电池硬碳负极的前驱体。
尽管硬碳负极有许多应用潜力，但如何实现高钠存储容量、优异的倍率性能和优异的循环稳定性仍然是一个挑战。微观物理结构和形貌对于提高硬碳的储钠倍率容量有很大影响。
针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于10月25-26日在东莞举办“第二届先进负极材料技术与产业高峰论坛“。我们有幸邀请到广东工业大学材料与能源学院的孙志鹏副院长，届时他将带来题为《高性能聚合物衍生硬碳的制备及其储钠性能研究》的报告。
本工作分别通过高分子聚合物酚醛树脂等为前驱体，采用简单的化学聚合和高温热解技术，制备了一系列结构可调的硬碳材料。钠离子半电池测试表明，硬碳具有较高的储钠容量，优良的倍率性能和循环稳定性。动力学分析表明，硬碳优异的储钠性能来源于其超高的赝电容贡献和快速的电子和离子传输。通过非原位XRD/拉曼等测试证实了其储钠机理。此外，当与Na3V2(PO4)2F3组装成全电池时，研究发现该全电池可以提供优越的可逆循环性，长循环后仍能保持较高的容量。
孙志鹏教授，国家海外高层次引进人才，现任广东工业大学材料与能源学院副院长，博士生导师，广东省重大人才工程团队核心成员，江苏省“双创人才”（创新类）。现从事有关新能源存储与转换器件（包括：锂/钠/锌离子电池、超级电容器、燃料电池等），介孔功能复合材料和传感器等研究。迄今为止，共发表SCI学术论文90余篇，出版中文论著1部，授权国家发明专利8件。先后主持国家自然科学基金、国家质检总局科研基金、留学回国人员启动基金、广东省科技厅国际合作基金、企业横向等20项。此外，长期参与科技部国际合作项目、教育部重大人才项目、广东省科技厅/浙江省科技厅/新疆科技厅等项目评审工作，担任Adv. Mater., Small, Appl. Catal. B-Environ., 等10多个核心期刊的评审人。
参考来源：
1.李瑀、付浩宇、封伟 合成聚合物衍生硬碳在钠离子电池中的研究进展
2.粉体网 钠离子电池硬碳负极材料研究进展
3.蔡旭萍、张帅国等 钠离子电池碳基负极材料研究进展
（中国粉体网编辑整理/乔木）
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