鈉是一種非常廉價(jià)又豐富的物質(zhì)，但當(dāng)用于電池時(shí)會(huì)產(chǎn)生容量問題，新型石墨烯陽極或許可以解決。
鈉是一種經(jīng)常被提及可以在高能電池中代替鋰的材料。鋰的長期波動(dòng)成本和長期可用性與鈉的豐富度相比，鈉可以容易從海水中以可持續(xù)和環(huán)保的方式獲得，而且成本低也是吸引人的一點(diǎn)，但前提是可以克服一系列缺點(diǎn)。現(xiàn)在，由于缺乏儲(chǔ)能能力，鈉離子電池還不足以與鋰離子電池競爭。
在鋰離子電池中，鋰離子通過一種稱為插層的過程在構(gòu)成電池陽極（負(fù)極）的石墨層中進(jìn)出。由于鋰離子非常小，可以在不產(chǎn)生太大變形的情況下在石墨結(jié)構(gòu)中進(jìn)出，并可以大量被儲(chǔ)存，從而產(chǎn)生可接受的儲(chǔ)能水平。
鈉離子的問題是比鋰離子大，當(dāng)電池充電時(shí)不能很好的嵌入在石墨陽極中。查爾姆斯理工大學(xué)（The Chalmers University of Technology）的研究人員提出一個(gè)新方法來解決這個(gè)問題。
查爾姆斯理工大學(xué)工業(yè)與材料科學(xué)系研究人員Jinhua Sun在新聞發(fā)布會(huì)上說：“我們?cè)谑由咸砑右粚臃肿娱g隔物，當(dāng)石墨烯層堆疊在一起時(shí)，間隔物可以在石墨烯層之間創(chuàng)造出更大的空間，并提供一個(gè)相互作用點(diǎn)，可以很明顯的提升電池容量。”
10倍的能量容量
根據(jù)研究人員分析，在標(biāo)準(zhǔn)石墨中鈉的標(biāo)準(zhǔn)嵌入容量是每克35毫安時(shí)（mAh/g），不到石墨中鋰離子嵌入容量的十分之一。鈉離子在新型石墨烯結(jié)構(gòu)的比容量為每克332毫安時(shí)，與正常石墨中的鋰離子比容量接近。該研究團(tuán)隊(duì)得到的結(jié)果也展示了完全可逆性和高循環(huán)穩(wěn)定性。
查爾姆斯理工大學(xué)物理系A(chǔ)leksandar Matic教授說：“當(dāng)我們觀察到如此高容量的鈉離子插層時(shí)，這真是令人興奮。這項(xiàng)研究仍舊處于初期階段，但是結(jié)果是非常有希望的。我們或許可以設(shè)計(jì)出適合鈉離子的有序結(jié)構(gòu)的石墨烯層，使其與石墨相媲美?！?
‘Jnaus’石墨烯開啟新篇章
新型石墨烯通常被稱為“Janus”石墨烯，因?yàn)樗哂胁粚?duì)稱化學(xué)功能。Janus是古羅馬的兩面神，同時(shí)看著兩個(gè)不同方向，一副看著過去，一副看著未來。研究人員是這樣形容Janus材料的：“研究中使用的材料是具有獨(dú)特的人工納米結(jié)構(gòu)的。每個(gè)石墨烯片的上表面都有一個(gè)分子點(diǎn)，作為鈉離子的間隔物和活性相互作用點(diǎn)。在兩個(gè)堆疊的石墨烯片之間的每個(gè)分子通過一個(gè)共價(jià)鍵與下層石墨烯片鏈接，并通過靜電作用與上石墨烯片相互作用?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)還指出Janus石墨烯層也有均勻的孔徑、可控的功能化密度以及很少的邊緣。
查爾姆斯理工大學(xué)工業(yè)和材料科學(xué)系的副教授Vincenzo Palermo說：“我們的Janus材料還達(dá)不到在工業(yè)應(yīng)用中采用，但新的研究結(jié)果顯示我們可以設(shè)計(jì)出超薄的石墨烯片，可用于高容量的能量儲(chǔ)存。我們很高興提出一個(gè)具有成本效益、豐富且可持續(xù)金屬的觀念?！?
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 楊柳翻譯
