采用無過渡金屬陰極的鈉金屬電池(SMBs)對于低成本、高能量密度的儲能應用具有重要意義。本文報道了一種策略以提高無金屬陰極的能量密度，通過將電解質從死質量轉化為儲能貢獻者。用NaI部分替代電解質中NaClO4，從而增加I3−/I−氧化還原對的電化學反應，以提高電池性能。這里，制備了氮摻雜的氧化石墨烯包覆介孔碳球(N-MCS@GO)作為陰極，通過I3−/I−氧化還原增強SMBs。實驗表明:介孔結構通過提供實質性的界面來提高I3−/I−氧化還原對的電化學性能，從而提高電容儲能;氧化石墨烯對介孔碳球的自放電有抑制作用，庫侖效率由70.4%提高到91.9%。組裝成全電池配置，N-MCS@GO在NaI活化的電解質中，可以提供279.6 mAh g−1的容量和459.2 Wh kg−1的能量密度。I3−/I−氧化還原循環1000次后仍能保持其活性，且無明顯衰減，凸顯了I3−/I−氧化還原增強SMBs的實際應用。
Figure 1. a,b) N-MCS的SEM圖像。d，e，g) N-MCS的TEM圖像。c) N-MCS@GO的SEM和f) TEM圖像。h,i) N-MCS的EDS映射。
Figure 2. a) N-MCS的XRD譜圖和b) Raman譜圖。c) N-MCS在77 K時的N2物理吸附等溫線和孔徑分布。d) XPS總譜和e) C 1s和f) N 1s高分辨率譜。
Figure 3.在常規NaClO4電解液中的SMBs性能:a) N-C, b) N-MCS, c) N-MCS@ GO在不同掃描速率下的循環伏安圖。d)擴散儲能和電容儲能循環伏安圖的理想模型。e) N-C、N-MCS和N-MCS@GO的電容儲能貢獻。f)電容儲能和擴散儲能原理圖。
Figure 4．a) N-C、N-MCS和N-MCS@GO在0.5 mV s-1下于NAE-0.05電解液中的循環伏安圖。b) SMBs體系中附加的I3 - /I -氧化還原對電化學原理圖。
該研究工作由天津大學Xiaohong Sun課題組于2021年發表Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：I3–/I– Redox Enhanced Sodium Metal Batteries by Using Graphene Oxide Encapsulated Mesoporous Carbon Sphere Cathode。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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