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在現有的二次電池中，鋰離子電池由于其高能量密度和高電壓等優點，成為純電動汽車和混合電動汽車最理想的動力電源；在便攜式電子產品的電源市場中，鋰離子電池更是獨占鰲頭。目前，鋰離子電池存在最大的問題就是鋰的高生產成本和資源的不足。將來如果大量使用稀有的鋰化合物資源，無疑將加劇鋰資源供給不足的矛盾，推動鋰離子電池價格的上漲。綜上所述，鋰離子電池可能無法作為大規模儲能電源的理想載體。因此，開發資源儲存豐富、成本低廉的先進電池體系是解決未來大規模電能儲存的必然出路。為了使儲能技術能夠發揮最大的用處，非常有必要開發出資源豐富、提煉成本比鋰低的電池體系，研究者自然將目光轉移到了和鋰元素同一個主族、性能比較接近的鈉元素。

可充鈉離子電池由于具有成本低、儲量豐富、分布廣泛的特點，在大規模儲能方面引起了廣泛的關注，成為鋰離子電池的理想替代者。鈉離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解液等組成，其中電極材料的性能直接決定了電池的電化學性能。因此，對于鈉離子電池電極材料的研究成為了當前研究的重點。傳統的鈉離子電池中所用的有機電極材料多是基于共軛羧酸鹽的化合物體系，這類化合物通過雙鍵重組機制來穩定體系結構，但化合物種類相當有限。

近期，上海交通大學化學化工學院陳接勝教授、王開學研究員團隊與中科院上海硅酸鹽研究所劉建軍研究員團隊合作，在以非共軛體系羧酸類化合物作為鈉離子電池負極電極材料方面的研究取得了重要進展。以1,4-環己二羧酸（CHDA）為例，結合實驗與理論計算結果，首次提出了非共軛體系羧酸類化合物作為負極電極材料的氫轉移儲鈉機制，即在電化學反應中，兩個相鄰羧基之間的氫轉移會激活羧酸鹽官能團的電化學活性，間接促使π*反鍵軌道向σ成鍵軌道轉變以穩定電子。CHDA負極電極材料具有良好的可逆性和相對恒定的電壓。基于以上結果，該工作還對大量非共軛有機化合物進行了預測，為電極材料的選擇做出了重要的補充。這項工作將有機電極材料從共軛體系擴展到了非共軛體系，并確定了儲鈉過程中的氧化還原活性中心，為新型高容量、高可逆性鈉離子電池負極材料的開發提供了新思路，為有機電極材料氧化還原反應活性中心的確定提供了新策略。

（a）非共軛體系有機分子氫轉移機制與共軛體系雙鍵重組機制對比圖。（b）CHDA的氫轉移電化學反應機理圖。（c）CHDA電化學循環性能圖。

該成果“Non-Conjugated Dicarboxylate Anode Materials for Electrochemical Cells”發表在最近的德國應用化學（Angew. Chem. Int. Ed.）上，上海交通大學博士生馬超和上海硅酸鹽研究所碩士研究生趙曉琳為共同第一作者，王開學研究員為通訊作者。該研究成果得到了國家自然科學基金（51432010、51472158、21573272、21720102002）和高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室開放課題基金（SKL201703SIC）的支持。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201801654

文章來源：上海交通大學

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