鈉離子電池是鋰電池的潛在替代品，但陽(yáng)極(帶正電的電極)在鋰離子電池上很好地工作，不能提供與鈉離子電池相同的性能。

缺乏晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳已知是有用的陽(yáng)極，因?yàn)樗哂锌捎糜诖鎯?chǔ)鈉離子的缺陷和空隙。氮/磷摻雜的碳還具有吸引人的電性能。

在《應(yīng)用物理評(píng)論》中，浙江大學(xué)，寧波大學(xué)和東莞理工大學(xué)的中國(guó)研究人員描述了他們?nèi)绾螒?yīng)用原子尺度的基本物理概念來(lái)構(gòu)建鈉離子電池的高性能陽(yáng)極。

涂說(shuō)：“最近的研究表明，摻雜的無(wú)定形碳，特別是富電子元素?fù)诫s的無(wú)定形碳，是鈉儲(chǔ)存的良好陽(yáng)極。” “但是對(duì)于鈉的儲(chǔ)存方式或摻雜的碳的摻雜效果，沒(méi)有共同的解釋。”

為了尋求答案，研究人員使用能級(jí)軌道的概念來(lái)解釋吡咯氮與磷氧鍵的親和力，它們的原子相互作用，電子分布和電子云構(gòu)型。

為了進(jìn)一步了解不同的存儲(chǔ)行為，他們應(yīng)用了第一性原理計(jì)算，這是一種使用基本物理量來(lái)計(jì)算物理屬性的方法。它基于電子密度函數(shù)，這是一種可以揭示晶體分子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)概念。

當(dāng)他們分析改性碳材料中嵌入的鈉離子的電子分布，系統(tǒng)化學(xué)參數(shù)和吸附能時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)吡咯氮和磷-氧鍵顯示出真正的鈉存儲(chǔ)潛力。

涂說(shuō)：“鈉離子傾向于儲(chǔ)存在這兩種結(jié)構(gòu)中。”

研究人員設(shè)計(jì)了一種水熱處理工藝，以構(gòu)建磷氧結(jié)構(gòu)的前體，然后用富含雙電子的元素?fù)诫s碳陽(yáng)極。涂說(shuō)，這表明“在循環(huán)壽命和電池容量方面增強(qiáng)了電化學(xué)性能”。

他們的陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)了5,000個(gè)循環(huán)的生命周期，具有220毫安小時(shí)/克的增強(qiáng)容量，并減少了容量損失(0.003%/循環(huán))。

涂說(shuō)：“我們的工作填補(bǔ)了富電子元素?fù)诫s的非晶碳的鈉存儲(chǔ)行為的理論空白，并為使用碳提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。” “我們提供了用于大型鈉離子電池的碳材料改性的指導(dǎo)。”