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硬質碳(HC)在鈉離子電池(SIBs)中的規模化應用受制于高成本和復雜工藝。本文,鄭州大學毛景教授團隊已在《Chemical Engineering Journal》期刊發表名為“Charcoal-derived hard carbon anodes with enhanced sodium storage performance for sodium-ion batteries”的論文,研究選用低成本、高碳收率的木炭作為硬質碳的原料,結合短周期球磨、酸處理和碳化工藝,展現出具有競爭力的鈉離子存儲性能。特別是在1450℃碳化過程中,經鹽酸處理后殘留于前驅體孔隙中的雜質得以逸出,形成更多微/介孔結構。電解液優化實驗表明,醚類基電解液(二甘醇中溶解的1M NaPF6)與鈉金屬兼容性最佳,且具有快速電化學動力學特性。
通過調控結構演變與電解質體系,實現了硬質碳電極初始庫侖效率(ICE)、容量及倍率性能的同步提升。最終獲得的優化炭基硬質碳電極展現出卓越的初始庫侖效率(91.05%) ,在30mA g?¹下具有314.54mAh g?¹的顯著可逆容量,并在1500mA g?¹下展現出243.67 mAh g?¹的高倍率性能。基于微觀結構與電化學測試,木炭衍生的硬質碳遵循“吸附-插層-孔隙填充”鈉離子存儲機制,其中主導電極反應主要受擴散控制。本研究為基于木炭的高容量硬質碳的簡易合成鋪平道路,并凸顯其在鈉離子電池應用中的潛力。 |