新型石墨烯电极，可以将钠电池的存储容量提高到和锂电池相媲美的水平

经过多年的期待，钠离子电池开始兑现其储能承诺。但到目前为止，它们的商业化仅限于大规模使用，例如在电网上存储能量。钠离子电池没有电动汽车和笔记本电脑所需的魅力。锂离子电池的能量密度约为285Wh/kg，是钠离子电池的两倍，因此更适合那些便携式应用。

研究人员现在报告了一种新型石墨烯电极，可以将钠电池的存储容量提高到与锂电池相媲美的水平。该材料可以填充几乎与传统石墨电极填充锂一样多的钠离子。它开辟了一条使低成本、紧凑型钠电池实用化的道路。

钠含量丰富且价格低廉，化学性质与锂相似，是下一代电池中锂的有前途的替代品。钠电池的稳定性和安全性使它们在电子产品和汽车中特别有前途，因为过热的锂离子电池有时被证明是危险的。

“但是，目前与钠离子电池的主要问题是，我们没有合适的阳极材料，说：”金华阳光，在工业和材料科学在查尔姆斯理工大学新闻系的研究员。

为了让电池快速充电并储存大量能量，离子需要轻松地滑进和滑出阳极材料。钠离子电池使用由钠金属氧化物制成的阴极，而它们的阳极通常是碳基阳极，就像它们的锂电池一样；尽管总部位于加利福尼亚州圣克拉拉的NatronEnergy正在使用用于染料和油漆的普鲁士蓝颜料制造其阳极和阴极。

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一些钠电池开发商正在使用活性炭作为阳极，其孔隙中含有钠离子。“但你需要使用高档活性炭，这种活性炭非常昂贵且不易生产，”孙说。

石墨是锂离子电池的负极材料，是一种成本较低的选择。然而，钠离子不能在构成石墨的石墨烯片堆叠之间有效移动。Sun说，研究人员过去认为这是因为钠离子比锂离子大，但事实证明，更大的钾离子可以在石墨中轻松进出。“现在我们认为是石墨烯层的表面化学和无法容纳钠离子的电子结构。”

他和他的同事想出了一种新的类石墨材料来克服这些问题。为此，他们在铜箔上生长了单片石墨烯，并将单层苯分子附着在其上表面。他们长出许多这样的石墨烯片并将它们堆叠起来，制成一层由苯分子隔开的石墨烯蛋糕。

苯层增加层间间距，使钠离子易于进出。它们还在石墨烯表面产生缺陷，作为吸附离子的活性反应位点。此外，苯具有与钠离子强烈结合的化学基团。

这种看似简单的策略极大地提高了材料的钠离子储存能力。研究人员的计算表明，其容量与石墨对锂的容量相匹配。石墨的钠离子容量通常约为每克35毫安时，但这种新材料可以保持超过330mAh/g，与石墨的储锂容量大致相同。