查尔默斯理工大学Vincenzo Palermo课题组--“Janus”石墨烯堆栈电池中 Na+的可逆嵌入实时成像

与其余金属相比，钠不能嵌入石墨中，阻碍了这种低成本、丰富的元素在可充电电池中的使用。在这里，我们报告了一种用于 Na+存储的纳米石墨状负极极，由仅在一侧功能化的堆叠石墨烯片形成，称为 Janus石墨烯。不对称功能化使得Na+可以可逆插入，还可以通过操作拉曼光谱电化学和成像椭偏仪进行监测。该Janus石墨烯具有均匀的孔径、可控的功能化密度和较少的边缘，其储存Na+的方式不同于石墨和堆叠石墨烯。密度泛函理论计算表明，Na+较好地靠近-NH2基团与石墨烯形成协同离子键，使相互作用过程在能量上有利。估计钠储存高达C6.9Na与标准锂离子电池的石墨相当。鉴于这种令人鼓舞的Na+可逆嵌入行为，我们的方法提供了一种设计用于钠离子电池的碳基材料的方法。

Fig. 1. Janus石墨烯的制备。

Fig. 2. 堆叠 AB 石墨烯多层膜的表征。

Fig. 3. AB石墨烯中Na+嵌入的 DFT 建模。

Fig. 4. 不同材料中Li+和Na+插层的比较。

Fig. 5. 通过操作拉曼监测 Na+可逆嵌入。

Fig. 6. 通过IES跟踪Na+可逆嵌入Janus石墨烯电极。

Fig. 7. 椭偏角 Delta 的模拟。

相关研究成果于2021年由查尔默斯理工大学Vincenzo Palermo课题组，发表在Science Advances（http://advances.sciencemag.org/content/7/22/eabf0812）上。原文：Real-time imaging of Na+ reversible intercalation in “Janus” graphene stacks for battery applications。

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