在过去的20年里，钠离子电池（SIBs）作为锂离子电池在大规模储能中的替代选择受到了人们广泛的关注。对于SIBs的负极材料，比容量来自赝电容和扩散控制的电容；为了增加前者，一般优选靠近表面的更多活性位点；为了增加后者，一般扩大层间间距，以促进Na+的插入。大量文献都表明，扩大层间间距可以提高负极材料的倍率性能。然而，当扫描速率大于1 mV s-1时，扩散控制的容量的百分比小于30%，这表明人们在认识提高碳质负倍率性能的原理时存在误差。此外，Na+离子的重复插入/抽取是一个应力诱导过程，会导致材料碎裂，严重损害稳定性。因此，通过增加赝容量来提高倍率性能和循环稳定性更有效。
近日，中南大学梁叔全教授，潘安强教授教授，中科院宁波材料所Haiyong He报道了通过在聚丙烯腈（PAN）碳化过程中加入硫，在碳骨架边缘原位形成C-S-S-C（CSSC）键，制备了一种富硫氮掺杂三维（3D）多孔碳骨架（SRNDC）。与孤立杂原子掺杂不同，CSSC的键角可以引起较大的结构畸变，更有效地扩大层间距。
文章要点
1）非原位测试表明，CSSC键在放电/充电过程中具有可逆的钠化/去钠反应，从而具有长循环稳定性。HRTEM表征表明，杂原子掺杂对体相的层间间距影响不大，但通过与拉应力协同作用，显著扩大了亚表面区域的层间间距。扩大的层间间距降低了亚表面的扩散阻力，增加了亚表面的可及厚度，从而提高了赝电容。
2）实验结果显示，当电流密度分别为20和50 A g−1时，SRNDC-700电极的比容量分别为160.6和69.5 mAh g−1。在10 A g−1（约80 s充放电时间）下循环6000次后，平均容量衰减率仅为0.0025%。同时，测试了SRNDC-700在半电池和Na3V2(PO4)3||SRNDC-700全电池中不同面负载下的电化学性能。
这项工作有望为研究掺杂对结构的影响提供新的见解，并为分析赝电容提供一种新的方法。
参考文献
Bo Yin, et al, Increasing Accessible Subsurface to Improving Rate Capability and Cycling Stability of Sodium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202100808
https://doi.org/10.1002/adma.202100808
