钠离子电池是锂电池的潜在替代品，但锂离子电池的阳极却不能为钠离子电池提供同样的性能。对于钠离子电池来说，缺乏结晶结构的无定形碳被认为是一种有用的阳极，因为它有缺陷和空隙，可以用来储存钠离子。氮/磷掺杂的碳也具有不错的电性能。

在《Applied Physics Reviews》中，来自浙江大学、宁波大学和东莞理工大学的研究人员描述了他们如何应用原子尺度的基本物理概念来构建钠离子电池的高性能阳极。

掺杂的非晶碳，特别是富电子元素掺杂的非晶碳，是一个很好的储钠阳极，但对于钠存储的工作原理或掺杂碳的掺杂效果，还没有获得一致的解释。为了寻求答案，研究人员使用能级轨道的概念来解释吡咯氮和一个磷氧键的亲和力、它们的原子相互作用、电子分布和电子云配置。

为了更近距离地了解独特的存储行为，他们应用了第一原理计算，这是一种利用基本物理量来计算物理性质的方法。它基于电子密度函数，这是量子力学的一个概念，可以揭示晶体的分子结构。当他们分析了嵌入在改性碳材料内的钠离子的电子分布、体系化学参数和吸附能量时，他们发现吡咯氮和磷氧键显示出真正的钠存储潜力。

研究人员设计了一种水热处理方法来构建磷-氧结构的前体，然后在碳阳极上掺入双电子丰富的元素，显示出增强电池的循环寿命和容量的电化学性能。他们的阳极实现了5000次循环寿命，容量增强到220毫安时/克，并减少了容量损失（0.003%/循环）。

论文标题为《Sodium storage behavior of electron-rich element-doped amorphous carbon》。