中国科学院青岛生物动力与进程研讨所碳基资料与动力使用研讨组研讨发现，经过对石墨炔碳资料进行分子规划操控炔键的数目，添加更多的储钠位点和传输通道，从而制备出具有更好电化学体现的储钠资料，其优异的比容量和超长的循环安稳性标明石墨炔类碳资料在储能方面具有巨大的使用潜力。
因为钠元素在全球含量丰厚且廉价易得，钠离子电池和电容器的本钱相较于锂离子电池明显下降，特别是关于大型储能设备，钠离子电池和电容器更兼具可继续性的优势，因而，钠离子电池的研讨敏捷引起了全世界科研工作者的重视。但是商用石墨作为钠离子电池和电容器的负极资料所可以供给的比容量太低，严峻限制了钠离子电池和电容器的进一步展开，为此，世界范围的研讨组现已展开了对新式负极资料的探究研讨工作，包含对新式碳基资料的展开和探究。
近年来研制的碳化石墨、硬碳、石墨烯等作为钠离子电池和电容器的负极资料，具有本钱低、电位低、容量大等长处，被认为是很有出路的候选资料。但是，这些碳负极普遍存在的低容量和循环安稳性是一向有待改进的问题。碳基资料与动力使用研讨组长时间致力于钠离子电池和电容器电极资料的研讨，开发制备了根据石墨炔的钠离子电池和电容器负极资料，凭仗其自身富含炔键的特色，石墨炔负极在储钠方面体现出更优异的电化学体现，包含，多孔石墨炔直接使用于钠离子电池负极（J. Mater. Chem. A2017, 5, 2045-2051），掺氮石墨炔完成兼具高功率密度和能量密度的钠离子电容器（ChemElectroChem2018,5, 1435-1443），石墨炔纳米墙取得高功能钠离子电容器（ACS Appl. Mater. Interface, 2017, 9, 40604-40613）。在此基础上，经过对石墨炔进行分子规划，引进氢元素并制备了具有均匀缺点的氢替代石墨炔类碳资料，而这些引进氢替代石墨炔，在储钠方面均体现出了更高的理论比容量（＞1200 mAh g-1）和试验比容量（＞600 mAh g-1），一起具有优异倍率功能的循环安稳功能(Nat. Commun., 2017, 8, 1172)。
特别是近期，研讨组规划制备了氢替代石墨炔(HsGY)，其间很多的炔键大孔和中孔结构有利于电解质的快速浸透，缩短了其分散和传输的途径，提高了电极的倍率功能和循环安稳功能（如图所示）。在100 mAh g-1电流密度下，HsGY电极可以得到高达680 mAh g-1的高可逆比容量。即便在高达5000 mA g-1的电流密度下，HsGY电极的比容量仍可以安稳在330 mAh g-1。得益于HsGY电极资料兼备二维和三维层状多孔资料的特色，钠离子可以很多存储在HsGY的面内和面外，一起钠离子可以很容易地在HsGY层内分散搬迁或层间穿越传输。安稳性测验标明，在5000 mAh g-1的大电流密度下循环5900次，其可逆容量也能安稳在320 mAh g-1，得到96％的优异容量坚持率。相关效果现已宣布在世界期刊《资料化学学报A》（J. Mater. Chem. A(2019, 7, 11186-11194)）上。
上述研讨效果关于新式碳基资料的规划制备及其储能、催化具有重要的指导意义，一起标明石墨炔类碳资料在动力设备的开发使用方面具有巨大潜力。
研讨得到国家自然科学基金项目、中科院前沿重点项目、山东省自然科学基金的支撑。
图：HsGY及其电化学功能。(a) 倍率功能，(b) 钠离子存储示意图，(c) 钠离子搬迁途径示意图，(d) 循环功能，插图是拼装的SIBs可坚持LED设备继续点亮。
来历：中国科学院青岛生物动力与进程研讨所
