鋰離子電池具有高能量密度和長循環(huán)壽命，廣泛應用于便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車。然而，鋰的成本高、儲量有限，因此需要開發(fā)替代儲能系統(tǒng)，比如鈉離子電池(SIB)。

(圖片來源：釜山大學)

鈉具有與鋰相似的物理化學性質(zhì)，而且能提供可持續(xù)性和成本效益。然而，鈉的離子較大，擴散動力學緩慢，難以適應商用碳負極中的碳微結(jié)構(gòu)，因此SIB負極存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和存儲性能差的問題。使用摻雜雜原子的碳質(zhì)材料，有望解決這些問題，但其制備過程復雜、昂貴和耗時。

據(jù)外媒報道，最近，由韓國釜山國立大學(Pusan National University)的Seung Geol Lee教授負責的團隊，使用喹吖啶酮(quinacridones)作為前體來制備碳質(zhì)SIB負極。諸如喹吖啶酮的有機染料擁有不同的結(jié)構(gòu)和功能團，從而產(chǎn)生不同的熱分解行為和微結(jié)構(gòu)。當用作儲能材料的前體時，熱解的喹吖啶酮可以極大地改變二次電池的性能。因此，可以通過控制有機染料前體的結(jié)構(gòu)來打造高效電池。

在這項研究中，研究人員重點關(guān)注2,9-二甲基喹吖啶酮(2,9-DMQA)。這種材料擁有平行分子填充結(jié)構(gòu)，在600°C下熱解時，可從淡紅色變成黑色，殘?zhí)柯矢哌_61%。研究人員接下來進行了全面的實驗分析，以描述潛在的熱解機制。

研究人員提出，甲基取代基在450°C時會分解產(chǎn)生自由基，從而形成多環(huán)芳烴。多環(huán)芳烴具有縱向生長微結(jié)構(gòu)，這是由平行堆積方向上的鍵橋而產(chǎn)生的。此外，2,9-DMQA中的含氮和含氧官能團會釋放氣體，從而在微觀結(jié)構(gòu)中形成無序區(qū)域。相反，熱解未取代喹吖啶酮形成高度聚集的結(jié)構(gòu)。由此可以看出，形態(tài)發(fā)展受到前體晶體取向的極大影響。

此外，在600°C下熱解的2,9-DMQA，作為SIB負極表現(xiàn)出高倍率性能(在0.05 A/g時為290 mAh/g)和卓越的循環(huán)穩(wěn)定性(在5 A/g時為134 mAh/g，持續(xù)1000個循環(huán))。由于表面限制和層間距離增加，含氮和含氧基團可進一步提高電池存儲。

Lee教授表示：“諸如喹吖啶酮的有機染料，可用作鈉離子電池的負極材料，提供高效率，用于量產(chǎn)大規(guī)模儲能系統(tǒng)。”