能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和人口的增長，人類對能源的需求不斷增加。目前，傳統(tǒng)化石能源如煤、石油、天然氣等為人類社會提供了主要的能源供應(yīng)。但隨著化石能源的逐漸枯竭，及其帶來日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化問題，全球各國都在努力尋找可再生、環(huán)境友好的新能源，其中大力發(fā)展太陽能、風(fēng)能等可再生能源，是解決能源問題的根本和長期的途徑。然而，太陽能和風(fēng)能等受到自然條件的限制具有間歇性、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，而且不能隨需求來控制，必須利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)保障電網(wǎng)穩(wěn)定性和電力供應(yīng)的連續(xù)性。
大規(guī)模儲能技術(shù)是發(fā)展可再生能源利用和智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。與其它儲能方式相比，電化學(xué)儲能能夠適應(yīng)不同的電網(wǎng)功能需要，在風(fēng)電、光電等的集成并網(wǎng)方面尤其具有優(yōu)勢。因此，各發(fā)達(dá)國家均高度重視電化學(xué)儲能系統(tǒng)的開發(fā)和利用。大規(guī)模電化學(xué)儲能技術(shù)目前存在多種技術(shù)路線，其中鋰離子電池以其高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命等特點(diǎn)成為重要技術(shù)路線之一。然而，隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于電動汽車，鋰的需求量將大大增加，而鋰的儲量是有限的，且分布不均勻，這對于發(fā)展大規(guī)模儲能的長壽命儲能電池來說，可能會成為一個(gè)重要問題。基于此背景，我們迫切需要開發(fā)新型的長壽命儲能器件。由于鈉在地殼中儲量豐富，約占2.74%，為第六豐富元素，且分布廣泛；鈉具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)和儲存機(jī)制，因此發(fā)展針對于大規(guī)模儲能應(yīng)用的室溫鈉離子電池技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義，近些年再次得到世界各研究組的廣泛關(guān)注。與鋰離子電池相比，鈉離子電池的優(yōu)勢在于較低的成本，適合用于大規(guī)模儲能。
目前已報(bào)道多種很有前途的正極材料，例如碳包覆的具有NASICON結(jié)構(gòu)的Na3V2(PO4)3復(fù)合材料（JianZL,ZhaoL,PanHL,HuYS,LiH,ChenW,ChenLQ，CarboncoatedNa3V2(PO4)3asnovelelectrodematerialforsodiumionbatteries.Electrochem.Commun.,201214:86–89.）。從最近取得的研究進(jìn)展來看，發(fā)展室溫鈉離子儲能電池最大的挑戰(zhàn)是沒有合適的負(fù)極材料。在眾多負(fù)極材料中，硬碳材料顯示了比較好的綜合性能，可逆容量達(dá)到200mAh/g，首周庫侖效率80%以上，循環(huán)也很穩(wěn)定，但是硬碳儲鈉電位接近0V，在快速充電過程中，可能會導(dǎo)致鈉在硬碳表面的沉積和鈉枝晶的生長，從而帶來安全隱患，需要研發(fā)新型安全的高電壓（相對于鈉的沉積電位要高）負(fù)極材料。
有機(jī)材料具有豐富的化學(xué)組成，寬的電位范圍可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)多電子轉(zhuǎn)移，而且原料可以從自然界生物質(zhì)中得到，來源豐富，材料可循環(huán)降解，對環(huán)境無害，作為電極材料引起了研究者的極大興趣。鈉離子電池的定位就是用于大規(guī)模儲能電池，因此研發(fā)低成本、環(huán)境友好的有機(jī)電極材料更具有其必要性。最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）的清潔能源實(shí)驗(yàn)室E01組博士生趙亮與胡勇勝研究員等提出了一種新型成本低廉的有機(jī)材料——對二苯甲酸二鈉（Na2C8H4O4）作為鈉離子電池負(fù)極材料，該材料具有約250mAh/g的可逆儲鈉容量，平均脫嵌鈉電位0.43V,且循環(huán)穩(wěn)定，是一種有前途的負(fù)極材料。由于該材料導(dǎo)電性較差，使用時(shí)需要混合大量的導(dǎo)電添加劑，導(dǎo)致其首周庫侖效率較低。我們進(jìn)一步利用原子層沉積技術(shù)（ALD）對其電極表面進(jìn)行幾個(gè)納米的Al2O3包覆，部分抑制了SEI膜的生長，提高了其首周庫侖效率、倍率性能和循環(huán)性能。該工作發(fā)表在Adv.EnergyMater.,2,962-965,2012.上。
大規(guī)模儲能技術(shù)是發(fā)展可再生能源利用和智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。與其它儲能方式相比，電化學(xué)儲能能夠適應(yīng)不同的電網(wǎng)功能需要，在風(fēng)電、光電等的集成并網(wǎng)方面尤其具有優(yōu)勢。因此，各發(fā)達(dá)國家均高度重視電化學(xué)儲能系統(tǒng)的開發(fā)和利用。大規(guī)模電化學(xué)儲能技術(shù)目前存在多種技術(shù)路線，其中鋰離子電池以其高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命等特點(diǎn)成為重要技術(shù)路線之一。然而，隨著鋰離子電池逐漸應(yīng)用于電動汽車，鋰的需求量將大大增加，而鋰的儲量是有限的，且分布不均勻，這對于發(fā)展大規(guī)模儲能的長壽命儲能電池來說，可能會成為一個(gè)重要問題。基于此背景，我們迫切需要開發(fā)新型的長壽命儲能器件。由于鈉在地殼中儲量豐富，約占2.74%，為第六豐富元素，且分布廣泛；鈉具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)和儲存機(jī)制，因此發(fā)展針對于大規(guī)模儲能應(yīng)用的室溫鈉離子電池技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義，近些年再次得到世界各研究組的廣泛關(guān)注。與鋰離子電池相比，鈉離子電池的優(yōu)勢在于較低的成本，適合用于大規(guī)模儲能。
目前已報(bào)道多種很有前途的正極材料，例如碳包覆的具有NASICON結(jié)構(gòu)的Na3V2(PO4)3復(fù)合材料（JianZL,ZhaoL,PanHL,HuYS,LiH,ChenW,ChenLQ，CarboncoatedNa3V2(PO4)3asnovelelectrodematerialforsodiumionbatteries.Electrochem.Commun.,201214:86–89.）。從最近取得的研究進(jìn)展來看，發(fā)展室溫鈉離子儲能電池最大的挑戰(zhàn)是沒有合適的負(fù)極材料。在眾多負(fù)極材料中，硬碳材料顯示了比較好的綜合性能，可逆容量達(dá)到200mAh/g，首周庫侖效率80%以上，循環(huán)也很穩(wěn)定，但是硬碳儲鈉電位接近0V，在快速充電過程中，可能會導(dǎo)致鈉在硬碳表面的沉積和鈉枝晶的生長，從而帶來安全隱患，需要研發(fā)新型安全的高電壓（相對于鈉的沉積電位要高）負(fù)極材料。
有機(jī)材料具有豐富的化學(xué)組成，寬的電位范圍可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)多電子轉(zhuǎn)移，而且原料可以從自然界生物質(zhì)中得到，來源豐富，材料可循環(huán)降解，對環(huán)境無害，作為電極材料引起了研究者的極大興趣。鈉離子電池的定位就是用于大規(guī)模儲能電池，因此研發(fā)低成本、環(huán)境友好的有機(jī)電極材料更具有其必要性。最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）的清潔能源實(shí)驗(yàn)室E01組博士生趙亮與胡勇勝研究員等提出了一種新型成本低廉的有機(jī)材料——對二苯甲酸二鈉（Na2C8H4O4）作為鈉離子電池負(fù)極材料，該材料具有約250mAh/g的可逆儲鈉容量，平均脫嵌鈉電位0.43V,且循環(huán)穩(wěn)定，是一種有前途的負(fù)極材料。由于該材料導(dǎo)電性較差，使用時(shí)需要混合大量的導(dǎo)電添加劑，導(dǎo)致其首周庫侖效率較低。我們進(jìn)一步利用原子層沉積技術(shù)（ALD）對其電極表面進(jìn)行幾個(gè)納米的Al2O3包覆，部分抑制了SEI膜的生長，提高了其首周庫侖效率、倍率性能和循環(huán)性能。該工作發(fā)表在Adv.EnergyMater.,2,962-965,2012.上。
