氧化石墨烯可用于钠离子电池

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随着锂离子电池在全球范围内的成功应用，人们对锂资源的需求量日益增加，然而锂元素在地壳中的存储量是有限的且分布不均匀，这对于锂离子电池日后的发展和普及是不利的。基于钠元素在地壳中的含量排名位居第六位，钠离子电池被认为是将可能成为锂离子电池的换代版。

石墨通常是锂离子电池的主流负极材料，因为其层间距正适合锂离子的嵌入和脱出，然而钠离子要比锂离子大得多，大多数锂离子电极材料在用于钠离子电池时是不能进行多次循环的。这是因为在进行多次钠离子脱嵌后会引起材料较大的体积膨胀而引起结构坍塌，导致无法再进行离子脱嵌，这就意味着电池无法继续充放电。目前钠离子电池的负极备选材料有硬碳、合金和钛化合物等等，虽然它们都有能够应对钠离子脱嵌的支撑结构，但是电池的短循环寿命一直没有解决。

前不久，堪萨斯州立大学的研究人员发现氧化石墨烯可作为钠离子电池的电极材料，并表现出较好的循环性能。氧化石墨烯中的氧和氢原子可以有效阻止片层的再堆积，使得片层的间距足够大，可以允许钠离子的快速嵌入和脱出。将其作为钠离子电池的负极材料，发现在以高氯酸钠的碳酸亚乙酯为电解液时，其充放电次数可超过1000次。更为有趣的是，氧化石墨烯的片层间距可以在氩气或者氨气氛围下加热而得以调控。例如，在900oC下加热之后，没有储钠能力而具有储锂能力；在500oC下加热后则拥有较大的储钠能力而没有储锂能力。

对于锂离子电池来说，研究的焦点已经逐渐转向了智能电网、可再生能源的大规模储存系统和大型电动车上等方面。钠离子电池的开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题，并且可以满足降低生产电池的成本、保证电池的安全以及对环境友好等要求。然而开发可储钠的电极材料以及钠离子电池的循环寿命一直是钠离子电池发展的限制因素。如今，氧化石墨烯用作电极材料为钠离子电池实用化的技术发展提供了方向。