通讯作者：杨全红*，王大伟*
单位：天津大学，新南威尔士大学
由于钠资源的极大丰富，钠离子电池（SIBs）被认为是一种很有前途的大规模储能电池。氧化还原电位可调、结构刚度低的有机电极材料具有容量大、成本低、安全性好等优点，是很有潜力的钠离子电池负极材料。
然而，仍然存在应用瓶颈。首先，有机电极材料在电解液中的溶解度较高，不可避免地导致活性物质的损失和稳定性差。其次，有机电极的导电性较差，需要较高比例的导电添加剂（>40%）。第三，有机材料与电解质的不可逆界面反应限制了初始库仑效率（ICE）。这些问题导致了有机负极循行性能差，首次库伦效率低，抑难以满足实用化需求。
近日，天津大学杨全红教授、新南威尔士大学王大伟副教授在国际顶级期刊Nano Energy (影响因子：16.602) 上发表题为“High-performance graphene/disodium terephthalate electrodes with ether electrolyte for exceptional cooperative sodiation/desodiation”的研究工作。
该工作中，自组装石墨烯/对苯二甲酸二钠（Na2TP）电极具有极高的Na2TP负载量（高达88.60%），并具有较好的导电性；醚类电解液有助于提升脱嵌钠的动力学行为。这种电极/电解质综合设计方案实现了245 mAh g1的高可逆容量，初始库仑效率为82.3%。该文章作者为清华-伯克利深圳学院张思伟博士，曹腾飞博士，吕伟副研究员等，杨全红教授和王大伟副教授为本文共同通讯作者。
要点一：结构、形貌表征
图1. （a） Na2TP和Na2TP/G的XRD图谱和（b）FTIR光谱
（c）SEM图像
（d）TEM图像
（e）Na2TP/G的元素映射图
（f）Na2TP/G
（G）机械混合Na2TP和rGO在不同电解质中的Nyquist图。
要点二：电化学性质
图2. （a） 电流率为30mAg1时，EC/DEC和二甘醇二甲醚电解质中Na2TP/G的恒流充放电曲线
（b）不同电解液中Na2TP/G前两个循环放电容量的比较
（c）扫描速率为0.1mVs1的不同电解液中Na2TP/G的CV曲线
（d） 不同电流速率下Na2TP/G在EC/DEC和二甘醇二甲醚电解质中的恒流充放电曲线。
要点三：不同电解质中循环后Na2TP / G的形貌与元素分布
图3. Na2TP / G在（a）（c）EC / DEC基电解质和（b）（d）二甘醇二甲醚电解质经过10个循环后的SEM和TEM图像
（e）EC / DEC和（f）二甘醇二甲醚基电解质中的高分辨率映射图像；
在EC / DEC和二甘醇二甲醚基电解质中经过10个循环后的原始Na2TP / G和Na2TP / G的XPS光谱：（g）C 1s，（h）O 1s和（i）Na 1s。
要点四：不同电解质中Na2TP/G的电化学性质
图4. Na2TP/G在不同电解液中的CV曲线：EC/DEC电解液中的第1-3个循环，二甘醇二甲醚基电解质的第4-10个循环，EC/DEC基电解质的第11-15个循环。a，b和c分别为第3、10、15个循环。
要点五：储钠示意图与性能比较
图5. （a） 使用选定的电解质系统在Na2TP中存储Na的示意图
（b） Na2TP/G与最近报道的有机负极材料储钠性能的比较。比容量是根据负极材料的质量计算的，包括活性材料、导电添加剂和粘合剂。
综上所述，为提高有机负极的利用率，作者进行了系统的设计。采用不溶性Na2TP与rGO杂化，构建了一种不含导电添加剂和粘合剂的自支撑电极，有机物负载率高达88.6%。此外，首次将乙醚基电解质应用于SIBs的有机负极上，由于SEI更致密，其首次库伦效率达到82.3%，并通过从两步到一步的钠化/脱盐机理的转化，改善了钠的储存动力学。
High-performance graphene/disodium terephthalate electrodes with ether electrolyte for exceptional cooperative sodiation/desodiation
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520307813
来源： 科学材料站
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