當(dāng)今社會(huì)，能源問(wèn)題已經(jīng)成為限制社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的最大的問(wèn)題。傳統(tǒng)化石能源諸如煤、石油、天然氣等日益減少，而新型可再生能源雖然關(guān)注度很高，但是仍舊難堪大用。因此，在能源高效利用上下功夫才是目前解決能源、環(huán)境問(wèn)題最根本的方案。現(xiàn)階段，最高效的二次電池是鋰離子電池，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種電子器件、交通、航天等各個(gè)領(lǐng)域。但是，隨著能源利用量的增加，鋰元素原本就不多的儲(chǔ)量及其高昂的價(jià)格就顯得尤為尷尬。而鈉元素與鋰元素物理化學(xué)性質(zhì)類似，本身就具有相類似的儲(chǔ)能效果，而且鈉元素在地殼中含量豐富，價(jià)格相對(duì)金屬鋰低了很多，因此比鋰離子電池更具有發(fā)展前景。

鈉離子電池正極材料

1.聚陰離子型正極材料

聚陰離子型正極材料最早研究是應(yīng)用于鋰離子電池正極，之后被借鑒應(yīng)用于鈉離子電池。此類材料的研究比較早，主要代表材料有NaMnPO4、NaFePO4等一類橄欖石型晶體。這種電極材料作為鈉離子電池正極具有不錯(cuò)的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

2.二維層狀過(guò)渡金屬化合物

二維材料的興起是在石墨烯的發(fā)現(xiàn)之后，石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)第一次向人類展示了二維結(jié)構(gòu)也可以作為晶體穩(wěn)定存在。在此之后相應(yīng)的二維材料也不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)。其中二硫化鉬、過(guò)渡金屬雙金屬氫氧化物、過(guò)渡金屬硫化物等一系列過(guò)渡金屬二維材料逐漸被合成并應(yīng)用于鈉離子電池正極，取得了不錯(cuò)的效果。目前應(yīng)用與鈉離子電池的二維材料主要是鈉基層狀NaxMO4(M=Co、Mn、V、Fe等)。由于電化學(xué)活性高，易于電解液離子的脫欠和吸附，因此表現(xiàn)出極佳的電化學(xué)儲(chǔ)鈉效果。因此，二維鈉基層狀NaxMO4一度成為鈉離子電池正極電極材料的研究熱點(diǎn)。其中，作為鋰離子電池正極的層狀NaV6O15由于在鋰離子電池中的出色電化學(xué)儲(chǔ)能性能，被應(yīng)用于鈉離子電池正極。

3.過(guò)渡金屬磷酸鹽

過(guò)渡金屬磷酸鹽也是被應(yīng)用在鋰離子電池中的一種正極材料，晶體結(jié)構(gòu)較多，合成工藝較成熟。因此，水熱法合成成為一種新型的合成磷酸鐵鈉的新路子。磷酸鹽作為一種三維結(jié)構(gòu)，搭建起來(lái)的一種框架結(jié)構(gòu)極為有利于鈉離子的脫嵌和嵌入，進(jìn)而得到儲(chǔ)能性能優(yōu)異的鈉離子電池。

4空心或核殼納米材料

空心或者核殼結(jié)構(gòu)是近年來(lái)才興起的新型鈉離子電池正極材料，這種材料在原有材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)精妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空心或者多孔的結(jié)構(gòu)。比較常見(jiàn)的有空心硒化鈷納米立方、Fe-N共參雜核殼釩酸鈉納米球、多孔碳空心氧化錫納米球等一系列空心結(jié)構(gòu)。結(jié)合材料本身的優(yōu)異特性，再加上獨(dú)特的空心、多孔結(jié)構(gòu)，使得更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)暴漏在電解液當(dāng)中，同時(shí)還會(huì)極大的促進(jìn)電解液的離子遷移率，實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)能。這種核殼結(jié)構(gòu)通常是通過(guò)模版法或者自犧牲模版法實(shí)現(xiàn)的。

鈉離子電池負(fù)極材料

1硬碳

碳作為自然界儲(chǔ)量極其豐富的一種元素，廉價(jià)易得，作為鈉離子電池負(fù)極材料獲得了諸多的認(rèn)可。按照石墨化程度，碳材料可以分為石墨類碳和無(wú)定型碳兩大類。其中，歸屬于無(wú)定形碳中的硬碳表現(xiàn)出了高達(dá)300mAh/g的儲(chǔ)鈉比容量，而石墨化程度較高的碳材料由于比表面積較大，有序性較強(qiáng)使得庫(kù)倫效率極低，難以滿足商業(yè)應(yīng)用。因此在實(shí)際研究中以非石墨類硬碳材料為主。為了進(jìn)一步提升鈉離子電池負(fù)極材料的性能，通過(guò)離子摻雜或者復(fù)合的方法對(duì)碳材料的親水性、導(dǎo)電性等進(jìn)行改善，可以增強(qiáng)碳材料的儲(chǔ)能性能。

2金屬化合物

金屬化合物作為鈉離子電池負(fù)極主要是以二維金屬碳化物、氮化物為主。這些材料作為二維材料，除了具備二維材料的優(yōu)異特性以外，不僅可以通過(guò)吸附、插層的方式儲(chǔ)存鈉離子，有些材料還可以與鈉離子結(jié)合，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容進(jìn)行儲(chǔ)能，進(jìn)而極大的提升儲(chǔ)能效果。但是受限于成本太高而且相比較碳材料難以獲得，同時(shí)碳材料作為鈉離子電池負(fù)極本身性能已經(jīng)足夠，因此目前鈉離子電池負(fù)極材料仍然以碳材料為主。