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鈉是一種非常廉價又豐富的物質(zhì)，但當(dāng)用于電池時會產(chǎn)生容量問題，新型石墨烯陽極或許可以解決。

鈉是一種經(jīng)常被提及可以在高能電池中代替鋰的材料。鋰的長期波動成本和長期可用性與鈉的豐富度相比，鈉可以容易從海水中以可持續(xù)和環(huán)保的方式獲得，而且成本低也是吸引人的一點(diǎn)，但前提是可以克服一系列缺點(diǎn)?，F(xiàn)在，由于缺乏儲能能力，鈉離子電池還不足以與鋰離子電池競爭。

在鋰離子電池中，鋰離子通過一種稱為插層的過程在構(gòu)成電池陽極（負(fù)極）的石墨層中進(jìn)出。由于鋰離子非常小，可以在不產(chǎn)生太大變形的情況下在石墨結(jié)構(gòu)中進(jìn)出，并可以大量被儲存，從而產(chǎn)生可接受的儲能水平。

鈉離子的問題是比鋰離子大，當(dāng)電池充電時不能很好的嵌入在石墨陽極中。查爾姆斯理工大學(xué)（The Chalmers University of Technology）的研究人員提出一個新方法來解決這個問題。

查爾姆斯理工大學(xué)工業(yè)與材料科學(xué)系研究人員Jinhua Sun在新聞發(fā)布會上說：“我們在石墨烯層上添加一層分子間隔物，當(dāng)石墨烯層堆疊在一起時，間隔物可以在石墨烯層之間創(chuàng)造出更大的空間，并提供一個相互作用點(diǎn)，可以很明顯的提升電池容量。”

10倍的能量容量

根據(jù)研究人員分析，在標(biāo)準(zhǔn)石墨中鈉的標(biāo)準(zhǔn)嵌入容量是每克35毫安時（mAh/g），不到石墨中鋰離子嵌入容量的十分之一。鈉離子在新型石墨烯結(jié)構(gòu)的比容量為每克332毫安時，與正常石墨中的鋰離子比容量接近。該研究團(tuán)隊得到的結(jié)果也展示了完全可逆性和高循環(huán)穩(wěn)定性。

查爾姆斯理工大學(xué)物理系A(chǔ)leksandar Matic教授說：“當(dāng)我們觀察到如此高容量的鈉離子插層時，這真是令人興奮。這項研究仍舊處于初期階段，但是結(jié)果是非常有希望的。我們或許可以設(shè)計出適合鈉離子的有序結(jié)構(gòu)的石墨烯層，使其與石墨相媲美。”


‘Jnaus’石墨烯開啟新篇章

新型石墨烯通常被稱為“Janus”石墨烯，因為它具有不對稱化學(xué)功能。Janus是古羅馬的兩面神，同時看著兩個不同方向，一副看著過去，一副看著未來。研究人員是這樣形容Janus材料的：“研究中使用的材料是具有獨(dú)特的人工納米結(jié)構(gòu)的。每個石墨烯片的上表面都有一個分子點(diǎn)，作為鈉離子的間隔物和活性相互作用點(diǎn)。在兩個堆疊的石墨烯片之間的每個分子通過一個共價鍵與下層石墨烯片鏈接，并通過靜電作用與上石墨烯片相互作用。”研究團(tuán)隊還指出Janus石墨烯層也有均勻的孔徑、可控的功能化密度以及很少的邊緣。

查爾姆斯理工大學(xué)工業(yè)和材料科學(xué)系的副教授Vincenzo Palermo說：“我們的Janus材料還達(dá)不到在工業(yè)應(yīng)用中采用，但新的研究結(jié)果顯示我們可以設(shè)計出超薄的石墨烯片，可用于高容量的能量儲存。我們很高興提出一個具有成本效益、豐富且可持續(xù)金屬的觀念。”