厦门大学魏湫龙团队AM：揭秘钠离子电池中无序碳电极的电容性斜坡容量机制

  依托法拉第插层反响机制的可充电电池和双电层电容性吸附的双电层电容器（EDLCs）是两种电化学储能器材。现在，可充电电池需在坚持高单位体积内的包括的能量的一起完成快速充放电，而双电层电容器的研讨则侧重于在坚持高功率密度的一起进步能量密度。完成这些方针需求两个研讨范畴的穿插协作。

  碳资料具有多种同素异形体，能一起作为可充电电池和双电层电容器的电极，因而成为衔接两个范畴的资料“枢纽”。

  关于钠离子电池范畴而言，碳资料的研讨聚集于探求无序碳在低电位渠道容量的储钠机制与容量提高战略，而斜坡容量的“电容性”存储机制仍知之甚少。

  别的，无序碳负极在宽电位窗口内循环时，斜坡容量伴随着固态电解质中心相（SEI）膜的构成。SEI膜及无序碳的孔径均能筛分溶剂化壳，使孔内双电层电容反响失效。但它们的具体功用仍需具体区别。

  再者，无序碳负极的斜坡容量在很大程度上取决于碳的比表面积和缺点位点数量。一般以为，高比表面积会引发严峻的界面副反响及电解液分化，构成厚SEI膜，且很多Na+不可逆地吸附在缺点位点上，降低首圈库仑功率，限制钠离子电池的实践使用。

  因而，解析碳负极的“电容性”电荷存储机制、SEI膜的功用和无序碳资料的孔结构之间的复杂关系至关重要。

  近来，厦门大学魏湫龙团队体系探求了钠离子电池无序碳负极的孔径巨细和SEI膜对其斜坡容量的影响，并将“电容性”行为划分为以下 不同景象。

  关于 碳酸乙烯酯（EC）溶剂，其分化构成的SEI膜具有“筛分”溶剂化外壳效果，构成钠离子彻底脱溶剂化，从而发生赝电容性Na+吸附的斜坡容量。

  关于二乙二醇二甲醚（DGDE）溶剂，其分化构成的SEI膜不堵塞孔或筛分溶剂化壳。其间，0.5–2 nm孔径的孔在DGDE电解液中，3–0.01 V vs Na+/Na大电位窗口内，表现为部分脱溶剂化的双电层电容性吸附，具有92.4%的极高首圈库仑功率、超高倍率功能和高比容量。

  当孔径减小至0.5 nm以下时，孔具有筛分溶剂化壳的才能，完成赝电容性Na+存储，由此发生斜坡容量。

  这一发现供给了完成兼具高能量密度和高功率密度的电化学储能方法，衔接了电池和电容器范畴的方针 。

  d-e. 三种碳资料在DGDE和EC:DEC电解液中循环10次后的截面扫描电镜图画（d）和小角X射线散射（SAXS）图谱（e）

  图3. 原位电化学石英微晶天平（EQCM）和弛豫时间散布技能（DRT）表征。

  f. 全电池在40 mA cm-2下循环30000次的循环稳定性及g. 相应的恒电流充放电曲线

  、定论：本研讨提醒了孔径巨细和SEI膜对无序碳负极储Na+的电容性斜坡容量的影响。一般，大孔和高比表面积会构成电解液严峻分化和SEI膜很多构成，导致首圈库仑功率十分低（约20%）。