摘要：钠离子电池（SIBs）因其资源丰富、成本低廉等优势，在大规模储能领域展现出巨大潜力，有望成为锂离子电池的理想替代品。然而，传统无机电极材料在钠离子电池中面临着诸多挑战，如离子扩散速度慢、结构稳定性差等。近年来，有机电极材料因其独特的电子存储机制、丰富的元素资源

钠离子电池（SIBs）因其资源丰富、成本低廉等优势，在大规模储能领域展现出巨大潜力，有望成为锂离子电池的理想替代品。然而，传统无机电极材料在钠离子电池中面临着诸多挑战，如离子扩散速度慢、结构稳定性差等。近年来，有机电极材料因其独特的电子存储机制、丰富的元素资源和可设计的结构而受到广泛关注。尤其是含羰基的有机小分子，因其稳定的能量存储机制而备受青睐。但这些材料在构建有效钠离子扩散通道方面仍面临挑战。为解决这一问题，研究者们设计了一种新型的给体-受体-给体（D–A–D）型有机分子——N,N'-双(3,4,5-三甲氧基苯基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺（NDI-DTMA），该分子通过增强π-共轭效应和缩小带隙，显著提升了电子传输效率，同时通过分子工程策略优化了钠离子传输通道，为高性能钠离子电池的开发提供了新的思路。

本研究通过简单的酰亚胺化反应合成了NDI-DTMA，并将其作为钠离子电池的电极材料。实验结果表明，NDI-DTMA电极在1A g⁻¹的电流密度下，经过2000次循环后仍能保持200mAh g⁻¹的可逆容量，展现出优异的循环稳定性和倍率性能。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、固体核磁共振（NMR）等手段对NDI-DTMA的结构进行了表征，确认了其成功合成。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察到NDI-DTMA呈现片状形态，厚度为40–70nm，这种结构有利于电解质的接触和离子扩散。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算，研究者们发现NDI-DTMA的独特结构不仅促进了电荷转移，还通过宽敞的离子扩散通道降低了钠离子吸附和扩散的能量障碍。电化学测试结果表明，NDI-DTMA电极在0.001–3V的电压范围内展现出良好的循环稳定性和高比容量，其优异的电化学性能归因于其独特的分子结构和电子特性。

本研究通过设计一种新型的D–A–D型有机分子NDI-DTMA，成功解决了有机电极材料在钠离子电池中面临的低溶解度、高导电性和快速离子传输之间的矛盾，为高性能钠离子电池的开发提供了新的策略。NDI-DTMA电极不仅具有优异的循环稳定性和倍率性能，还通过实验和理论计算揭示了其独特的电荷存储机制和钠离子扩散路径。这种分子工程策略为未来高性能钠离子电池的开发提供了重要的理论和实验基础，有望推动钠离子电池技术的进一步发展和应用。

来源：农村特效大师