高效钠存储用富含sp2杂化的硬碳阳极的简易合成方法

《Science China-Materials》：Facile synthesis of sp2-enriched hard carbon anodes for high-efficiency sodium storage

生物质衍生硬碳通过三功能硝酸处理与一步碳化法优化结构，实现91.69%初始库伦效率和83.9%高倍率容量保持，构建的Na3V2(PO4)3全电池能量密度达213.14 Wh kg-1。

　　

摘要

生物质衍生的硬碳（HCs）因其低成本、可再生性和结构稳定性而成为钠离子电池（SIBs）的有前途的负极材料，但其实际应用受到较低初始库仑效率（ICE）和不足的倍率性能的制约。本文报道了一种三功能硝酸处理结合一步碳化工艺，用于合成一种以sp2-C为主的硬碳。该工艺不仅去除了杂质，还选择性溶解了生物质中的木质素，从而促进了石墨微晶的排列。同时，在碳骨架上接枝了-N边缘和C=O基团，这些结构修饰共同作用使得硬碳的层间距得到优化，并形成了大量封闭的微孔。这些变化共同提高了Na?在低电流区域中的吸附动力学性能，使得在低电压平台区能够实现高效的钠存储，获得了91.69%的较高初始库仑效率以及83.9%的容量保持率（在600 mA g?1电流下）。使用这种硬碳负极和Na?V?(PO?)?正极组成的完整SIB电池，其能量密度达到了213.14 Wh kg?1，展示了其实际应用潜力。本研究提供了一种简单且可扩展的工程策略，以解决在开发硬碳负极过程中性能与制造成本之间的矛盾。