调控基于无烟煤的硬碳材料的内在结构，以实现高初始库仑效率的钠离子储存

《ChemSusChem》：Regulating Intrinsic Structure in Anthracite-Based Hard Carbon for High Initial Coulombic Efficiency Sodium-Ion Storage

硬碳电极材料钠离子电池乙炔介导策略孔隙结构调控库伦效率提升

　　

图形摘要

封面图片展示了一种创新策略，通过涂层和热处理来调节基于无烟煤的硬碳的内在结构。由乙炔衍生的碳填充了表面缺陷，并将开放孔隙转化为封闭孔隙，同时在难以到达的区域形成了微孔。这种方法提高了初始库仑效率，而无需依赖高温碳化来修复缺陷。

摘要

硬碳（HC）是一种有前景的钠离子电池负极材料，因为它价格低廉、钠存储容量大且钠插层电位低。然而，其初始库仑效率（ICE）较低。本文提出了一种创新的乙炔介导策略，用于调整基于无烟煤的硬碳的杂原子含量和孔结构。在热解过程中，乙炔产生的氢自由基与无烟煤中的杂原子（O、N、S）反应，将这些杂原子以气体形式（如H₂O、NH₃、H₂S）去除，同时碳自由基沉积在缺陷中，将开放孔隙转化为封闭孔隙。与通过直接无烟煤碳化制备的硬碳相比，优化后的基于无烟煤的硬碳表现出更优异的电化学性能，在0.3C电流下具有220 mAh g^?1的高比容量和88%的初始库仑效率（ICE）。此外，该材料具有出色的循环稳定性，在500次循环后仍能保持210 mAh g^?1的可逆放电容量。这种自由基介导的方法同时减少了不可逆的Na⁺消耗并提高了容量，超越了硬碳通常的初始库仑效率极限（70%–85%）。该方法为从多种前驱体设计高性能碳负极提供了一种通用途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。