近日，东南大学能源与环境学院、东南大学新一代储能中心吴宇平教授团队以“Bridging Donor Ligands Enable an Ultrastable Graphite Anode for Sodium-Ion Batteries”为题在国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影响因子16.4）上发表的研究型文章正式出版。贺加瑞教授和吴宇平教授为本论文的通讯作者，东南大学能源与环境学院2024级博士研究生宋冰艳为第一作者。
可充电电化学电池已成为间歇性能源整合和固定式能源储存领域的一项有前景的技术。钠离子电池（SIBs）凭借其出色的温度适应性和低成本原材料，有望成为能源储存领域最具竞争力的竞争者之一。合适的电极材料对于推动钠离子电池的应用至关重要。石墨负极因稳定的二元锂-石墨插层机理和成熟的商业化应用而被广泛应用于锂离子电池。然而，二元石墨插层化合物在钠离子电池中效果不佳。据报道，石墨中仅存在较低的钠离子（Na+）插层负载量，其化学计量比为C64Na，相应容量约为35 mAh g-1。与其他碱金属离子-石墨化合物不同，二元Na+-石墨插层化合物的碱金属离子-石墨化合物的计算形成能Ef显著高于0，因此单个Na+插入石墨在热力学上并不有利。因此，如何实现更小的Ef-Na是推动石墨基钠离子电池的关键。实现更小的Ef-Na的最有效方法之一是设计促进三元石墨（t-GICs）嵌入反应的电解质，然而， t-GICs引起的石墨体积反复膨胀会导致结构退化，并在长期循环中降低石墨性能。因此，如何在石墨层间进一步稳定t-GICs（这是实现高能量密度的关键因素）往往被忽视，且相关研究仍待深入探索。
在此，我们提出了一种新的桥接-供体-配体概念，该概念通过增加碱金属离子和石墨插层化合物的能量降来被动减少石墨层间拉伸的能量成本，最终实现t-GICs的稳定。在设计的电解质（G2中的1M NaPF6 + 0.2M双氰胺（NaDCA））中，NaDCA添加剂中的双氰胺阴离子（DCA-）作为石墨层的桥接配体，有助于初始配位结构的形成。在首次放电循环中，DCA-在其强吸电子特性的驱动下，作为配体主动嵌入石墨层。充电时，DCA-作为电子供体，在电场的作用下持续支持石墨层。因此，t-GICs的配体通道使专用的石墨层间距均匀增加至0.415 nm。以配体通道为主导的石墨阳极在300 mA g-1的电流密度下展现出110.4 mAh g-1的充电容量，并在第5000次循环（超过8个月）时保持104.4 mAh g-1，容量保持率达到94.9%。“桥接-供体-配体模型”揭示了稳定石墨层间t-GICs以实现SIBs中高能量密度石墨阳极的新潜力，为探索SIBs中电解质与电极相互作用的电化学行为提供了新启示。
该论文得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划和东南大学高层次人才启动经费等项目的资助。
东南大学“三尺储能”研究团队由国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划项目首席、东南大学新一代储能中心执行主任吴宇平教授牵头组建，团队秉承东南大学“以科学名世、以人才报国”的理念，团队现有10位教师，其中国家级人才1人，国家级青年人才7人。主要研究方向包括锂/钠/钾离子电池、高能量密度锂金属电池和锂硫电池、高安全水系金属离子电池以及高功率密度混合电容器等。团队紧紧围绕高性能电化学储能材料及器件的研究，助力“碳达峰、碳中和”。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202503027
