高性能钠电负极：石墨烯包络的Na2C12H6O4纳米花

发展成本低廉、环境友好、高能量与高功率密度的二次电池是新能源领域面临的重大技术挑战。有机材料具有化学结构多样，氧化还原电位可调，特别是材料资源丰富、绿色可循环降解，代表了电池材料的未来发展方向。近年来，有机储钠电极材料受到广泛的关注。虽然一些聚合物储钠正极已有报道，但利用有机聚合物作为储钠负极则相对罕见，主要是很难找到在低电位下能够可逆嵌Na+的n型聚合物。一些小分子羧酸盐可在<0.5V（vs. Na+/Na）的电压下可逆嵌Na+，但这类化合物的电子电导率普遍很低，使用过程中需要加入大量导电剂（40%~60%）以改善电化学利用率，由此使得电池的体积能量密度大为降低。

高性能钠电负极：石墨烯包络的Na2C12H6O4纳米花

最近，武汉大学杨汉西教授课题组报道了一种新型有机负极材料Na2C12H6O4。通过将H2C12H6O4与NaOH在甲醇中反应得到了微米纤维状的Na2C12H6O4, 这种材料在导电添加剂含量为20%时放电的比容量仅为120 mAh g-1，且容量衰减很快。为了改善材料的容量利用率和倍率性能，该课题组通过超声分离的方法得到了直径约为300-400 nm的Na2C12H6O4 三维多孔纳米花，在含有20%导电剂的条件下，多孔纳米花Na2C12H6O4 微球的比容量提高到180 mAh g-1，且循环性能良好。为进一步提升该材料的电化学性能，该课题组在超声合成过程中加入石墨烯制备出石墨烯包络的Na2C12H6O4纳米花复合材料。在这种材料中，石墨烯骨架结构形成良好的三维导电网络，为反应电子提供了丰富的传输通道；同时形成的纳米多孔结构产生大量的有效电化学反应界面，由此显著提升了Na2C12H6O4的电化学性能。采用这种石墨烯/Na2C12H6O4复合材料作为钠离子电池负极，可逆储钠容量达到226 mAh g-1，10C倍率下仍能保持90mAh g-1, 循环100周之后容量保持率达90%。这类材料的结构设计和简单合成方法为发展低成本、高容量有机储钠材料提供了一种新的思路。相关工作发表在Small（DOI: 10.1002/smll.201502278）上。