纳米Ni3 S2 修饰楠木硬碳提升钠离子电池性能的创新研究

针对生物质碳负极在钠离子电池(SIBs)中初始库仑效率(ICE)低和可逆容量不足的问题，研究人员通过镍硫酸盐热解策略构建了Ni3 S2 @C复合负极。该材料在0.02 A g?1 下实现380.9 mAh g?1 的可逆容量和81.9%的ICE，循环100次后容量保持率达99.1%，为生物质基电极的工业化应用提供了新思路。

　　

随着全球对可再生能源存储需求的激增，钠离子电池(SIBs)因其原料丰富、成本低廉等优势成为锂离子电池的有力替代者。然而，生物质衍生硬碳负极在实际应用中面临初始库仑效率(ICE)低下(<70%)和可逆容量不足的双重瓶颈。这一困境源于碳材料本身有限的活性位点和迟缓的反应动力学，严重制约了SIBs的商业化进程。

针对这一挑战，某中国研究团队创新性地将目光投向自然界丰富的楠木资源，通过镍硫酸盐(NiSO₄
·6H₂
O)热解策略，成功制备出纳米Ni₃
S₂
修饰的三维硬碳复合材料。这项发表于《Journal of Energy Storage》的研究，巧妙利用了生物质碳的天然多孔结构和过渡金属硫化物的高理论容量特性，为提升SIBs性能提供了全新解决方案。

研究团队采用多尺度表征与电化学测试相结合的方法：首先通过控制热解温度(300-800°C)和镍硫比例(1:0.16-1:1)优化材料合成；借助FESEM和TEM揭示Ni₃
S₂
纳米颗粒(300-600 nm)在碳基体中的均匀分布；采用XRD和Raman分析晶体结构和缺陷程度；最后通过恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)系统评估储钠性能。

【Material characterization】部分显示：FESEM证实Ni₃
S₂
@C具有独特的"珊瑚状"分级孔道结构，TEM元素面扫证实Ni、S元素在碳骨架中的均匀分散。这种结构使电极材料比表面积达487.6 m²
g^?1
，远高于原始碳的312.4 m²
g^?1
，为钠离子存储提供了丰富活性位点。

【Electrochemical performance】数据显示：最优组Ni₃
S₂
@C-3在0.02 A g^?1
下展现380.9 mAh g^?1
的可逆容量，较原始碳提升60.9%；ICE达81.9%，提升21.2个百分点。在1.5 A g^?1
高倍率下仍保持240.3 mAh g^?1
，且100次循环后容量保持率高达99.1%，显著优于近年报道的MoS₂
/C(61% ICE)和Sn-MoS₂
/C(54.9% ICE)体系。

【Conclusions】指出：Ni₃
S₂
纳米颗粒通过三重协同机制提升性能：(1)作为"电子高速公路"增强导电性；(2)通过填充微孔减少不可逆钠消耗；(3)与碳界面形成强耦合作用稳定结构。该工作开创的生物质基异质结构工程策略，在保持工艺简便性(原料仅需楠木和镍盐)的同时，实现了工业级电化学指标，为可持续电极材料的开发树立了新范式。

这项研究的突破性在于：首次将镍硫化合物与楠木碳结合，通过精确控制金属-碳界面相互作用，解决了生物质碳材料ICE与容量难以兼得的行业难题。其提出的"孔道填充-导电网络"协同机制，为后续设计高性能SIBs负极提供了普适性指导原则。从产业化角度看，该合成路线具有原料易得、工艺简单、耗时短等优势，具备大规模生产的潜力，对推动钠电技术商业化具有重要战略意义。