赵 宇，赵翰庆，李 忠

(太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省实验室，山西太原030024)

随着人类社会发展对电能需求的不断提高，电能稳定存储和供应领域更加多样，这就需要不同的储能技术。目前，锂离子电池研究较多，并已成功应用于便携式电子设备和一些电动汽车领域[1]。然而，锂资源的短缺和分布不均使商用锂离子电池成本不断上升；同时，不成熟的锂离子电池回收技术，无法缓解锂资源的紧缺。从图1 中可以看出，同一主族的钠元素和钾元素在地壳中含量十分丰富，分别是锂元素的1 388 倍和882 倍。而且，钠和钾与锂同属于碱金属一族，具有相似的物理化学性质。但是，钠离子和钾离子因其离子半径大而比锂离子运动缓慢，功率密度低，并不适合于快速充放电的动力电池[2]。而受季节环境和地理位置影响的太阳能、风能、潮汐能等间歇性能源的利用和转移，则较为适合采用钠和钾作为载流子完成充放电反应[3]。因此，在不同的应用领域，三种储能技术发挥着不同的作用。

图1 三种碱金属的物理和电化学性质对比

作为离子电池的储能主体之一，适合的负极材料是决定电池性能的关键因素。炭材料在稳定性、安全性、经济性等方面具有优势，一直以来都是负极材料研究和应用的热点[4]。目前被广泛研究的炭材料主要分为石墨、硬碳和软碳，其中传统石墨材料由于锂离子可以快速插入石墨夹层，石墨的实际容量达到360 mAh/g，接近理论比容量372 mAh/g[5-6]。……