最近幾年，世界各國對清潔能源的發(fā)展保持高度關(guān)注，中國也提出了“碳達(dá)峰、碳中和”的愿景。近年來，清潔能源的發(fā)展已成為全球多數(shù)國家的共識，中國也提出“碳達(dá)峰、碳中和”的宏偉目標(biāo)。在這一背景下，鈉離子電池作為鋰離子電池的有益補充或替代品，得到了快速的發(fā)展。

然而，缺乏高性能負(fù)極材料是制約鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。合金型負(fù)極材料銻（Sb）因諸多優(yōu)點得到了高度關(guān)注，例如，理論比容量高、導(dǎo)電性優(yōu)異、工作電壓適中、資源儲量豐富等。

但是，銻基材料在充放電過程中往往產(chǎn)生劇烈的體積變化，這會引發(fā)電極材料粉化從導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)剝離，最終導(dǎo)致電池性能的快速衰減。

西南交通大學(xué)楊維清教授團(tuán)隊針對銻基材料在充放電過程中體積膨脹的問題，首次將石墨炔與銻復(fù)合，構(gòu)筑了一種蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)的新型石墨炔包覆銻納米盒（Sb Void GDY NBs）。

和傳統(tǒng)的碳包覆銻納米空心立方盒（Sb C NBs）相比，這種新型石墨炔包覆銻納米盒的優(yōu)勢體現(xiàn)在，其倍率性能更好、循環(huán)壽命更長。在10Ag-1的高倍率下能實現(xiàn)294mAhg-1的高比容量；在1Ag-1下循環(huán)8000圈后，比容量還依然能保持在325mAhg-1，容量保持率達(dá)74%。

該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，新型石墨炔包覆銻納米盒的構(gòu)筑能在儲鈉過程中發(fā)揮顯著作用，即能讓材料的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。研究人員觀察到，換為石墨炔殼層后鈉離子傳輸可實現(xiàn)更快的速度。

基于新型石墨炔包覆銻納米盒負(fù)極、磷酸釩鈉正極的鈉離子全電池可以穩(wěn)定循環(huán)并提供較高功率輸出，證明了Sb Void GDY NBs具有良好的應(yīng)用潛力。

審稿人認(rèn)為，該研究報道了一種新的方法，通過用石墨炔（Graphdiyne，GDY）取代傳統(tǒng)的碳材料，形成蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)的Sb Void GDY NB，來提高Sb/C復(fù)合材料的倍率性能和循環(huán)壽命。GDY中特殊的面內(nèi)空穴，讓Na+得以通過GDY殼層實現(xiàn)快速擴散。

最重要的是，和以往銻基材料在充放電過程中容易產(chǎn)生體積變化作對比，蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部空隙空間可以容納銻的體積膨脹。新型石墨炔包覆銻納米盒憑借這些優(yōu)點表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和非凡的循環(huán)穩(wěn)定性。這種材料設(shè)計新穎，新材料的儲鈉性能十分出色。

西南交通大學(xué)楊維清教授指出：“這種材料或者說這種改性策略，能夠有效提升銻基材料的儲鈉性能，可以在大規(guī)模儲能和低速電動車等領(lǐng)域得到廣泛推廣。”

前不久，相關(guān)論文以《用于高倍率、長壽命鈉離子電池的石墨炔包覆銻納米盒》（Yolk–Shell Sb Void Graphdiyne Nanoboxes for High-Rate and Long Cycle Life Sodium-Ion Batteries）為題發(fā)表在ACS Nano上[1]。

西南交通大學(xué)劉妍副教授是該論文第一作者，楊維清教授為論文通訊作者。

研究過程中，課題組成員定期開展小型討論會，共同討論論文中的各個細(xì)節(jié)和爭議點，并提出不同的觀點和建議。楊維清表示：“這種開放式和合作式的討論氛圍，不僅加強了團(tuán)隊成員之間的交流和合作，而且也有助于提高論文的質(zhì)量和可信度。我們會繼續(xù)一直保持這種討論氛圍。”

研究中難免會遇到各種各樣的挑戰(zhàn)和困難，他舉例說，比如在實驗中遇到了設(shè)備故障和樣品污染等問題，團(tuán)隊成員不僅需要處理復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和材料制備過程，還需要經(jīng)常對實驗設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和調(diào)整，以確保實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

有時他們還需要對實驗結(jié)果進(jìn)行多次重復(fù)和驗證，以排除實驗誤差和偶然性因素的影響。此外，在論文撰寫和修改中也會遇到一些爭議和挑戰(zhàn)。每當(dāng)這時，他們都對實驗結(jié)果會進(jìn)行多次分析和解釋，以向同行專家和審稿人證明實驗結(jié)果的正確性和科學(xué)性。

當(dāng)然，我們面對一些反對意見和批評時也盡量做到迅速回應(yīng)，以改善和完善我們的研究工作。在這些挑戰(zhàn)和困難面前，我們保持謙虛和開放的態(tài)度，積極尋求解決問題的方法和思路。”楊維清說。

如果研究獲得了積極的成果和反響，他們會考慮繼續(xù)深入開展相關(guān)的后續(xù)研究工作，以進(jìn)一步探究和發(fā)展該銻基鈉離子電池負(fù)極材料的性能和應(yīng)用。

在該研究中，該課題組已經(jīng)成功合成Sb Void GDY NBs，并對其進(jìn)行了性能表征。但是，制備工藝仍然需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提高材料的制備效率和穩(wěn)定性。“我們可能會研究新的材料制備方法和工藝條件，以獲得更好的制備效果。”楊維清表示。

在材料制備和性能研究的基礎(chǔ)上，他們計劃嘗試進(jìn)行材料改性和優(yōu)化設(shè)計，以進(jìn)一步提高該材料的性能和穩(wěn)定性。例如，通過添加新的助劑和摻雜元素，來調(diào)控材料的電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征。

在對該材料進(jìn)行全面性能表征的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊還打算開展應(yīng)用研究。比如，在實際電池體系中的性能表現(xiàn)、對環(huán)境和健康的影響等方面進(jìn)行研究，以評估其實際應(yīng)用潛力和安全性。

(關(guān)鍵字：鈉離子電池 銻)