近年來，由於在我們日常生活中的可攜式電子產品中的廣泛應用，鋰離子電池一直是儲能研究和開發的重點。隨著全球能源存儲需求在越來越多的領域的不斷增長，如電動汽車、混合動力汽車, 特別是用於緩衝間歇性能源的大型電網儲能(太陽能、風能、潮汐能等領域，鋰離子電池由於受制於鋰的成本和有限的可用性，無法滿足社會的需求。因此，除了鋰離子電池之外還需要還發其他的電池技術。
圖/新能源汽車鈉離子電池是一種很有應用前景的電池。地球上Na資源的儲存量比Li資源高一千倍以上，Na資源的開發成本比鋰的開採成本低很多。而且鈉和Li元素在元素周期表中位於相同的主族，具有類似的化學物理性質，這也使得鈉作為二次電池的儲能介質具有與Li類似的機制。但是由於鈉離子的離子半徑大於Li離子，使得鈉離子難以插入到現有的活性電極材料中，這也導致了Na離子電池發展和應用的嚴重遲緩。因此研究開發高性能、低成本的鈉離子電池電極材料，特別是陽極電池材料具有重要意義。目前科學家已經開發了很多種針對鈉離子電池的陽極電池材料，其中碳基材料以其豐富、低電位、低成本等優點引起了研究人員的極大興趣，這些優點對鈉離子電池的實際應用都具有重要意義。但是碳基陽極的鈉離子電池電容量有限，初始庫倫效率較低，實際應用中速率性能較差，因此開發新型碳基的陽極材料是目前鈉離子電池研究的熱點領域。
圖/新能源汽車電池近日，天津大學鄭春明團隊與加州大學的Galen D. Stucky團隊合作，從超級電容器的啟發，開發了一種蜂窩狀富氮的分層多孔碳作為高速率陽極材料具有超穩定的可循環性，能夠顯著提高鈉離子電池的性能。研究團隊以甘氨酸為碳氮前體，氯化鈉為模板，噴霧乾燥後在流動氨氣下熱解合成了具有膨脹層間距、高度無序的分層多孔碳。分層多孔碳的無序相位和擴展的層間距離降低了Na離子的插入壁壘，從而提高了Na離子的存儲速率能力。分層多孔碳中豐富的氮摻雜產生了豐富的缺陷，提高了電化學活性。同時，分層次多孔結構和氮摻雜在一起，給碳基陽極材料帶來了突出的儲能性能和優良穩定的循環性能，在500mA/克的電流密度下，充電放電循環3000次後，還可以提供255.9mA*h/克的可逆放電容量。即使在較高的電流密度(5000 mA /克)和超長循環(10000循環)下，也能獲得101.4 mA*h/克的可逆容量，與第1000循環相比保留97.3%的放電容量，這也證明了分層多孔碳具有優良的速率性能和循環穩定性。
圖/鈉離子電池文獻截圖隨後，研究團隊以分層多孔碳為陽極，以Na3V2(PO4)3/C為陰極組成了全電池和更大的可穿戴全電池。在100Ma/克的電流密度下，經過循環100次後還能在1-3.9伏特的電壓範圍內，提供238.7 mA*h/克的可能電量，與第二次循環相比，保留了95.3%的電量。可穿戴電池表現出優良的功率輸出。這兩個結果表現出了分層多孔碳在鈉離子電池中的實際應用前景。
圖/全電池及可穿戴電池相比於鋰離子電池，鈉離子電池造價成本更低，希望這樣的電池技術能早日出現在我們的日常生活中。期待新一代電池體系早日應用。