结晶速率动态调控实现煤基硬碳高效储钠：短程有序结构与闭孔协同效应

《Journal of Endometriosis and Uterine Disorders》：Dynamic control of crystallization rate enables efficient sodium storage in coal-based hard carbon: synergistic effects of short-range ordered structure and closed pores

本研究发现通过碳热冲击技术（1300°C, 30秒）动态控制结晶过程，成功在无烟煤衍生硬碳（HC）中构建了短程有序石墨微域（d002=0.385 nm）和均匀闭孔结构。该结构通过降低Na+扩散势垒，实现了88.6%的初始库伦效率（ICE）和204 mA h g?1的平台容量，组装的软包电池在-20°C下循环100次仍保持85%容量，能量密度达284 Wh kg?1，为石墨化倾向前驱体的动力学调控提供了新范式。

　　

亮点

通过碳热冲击技术实现结晶动力学的精确调控

短程有序结构提供0.385 nm扩层间距与均匀闭孔分布

揭示三阶段结晶机制：非晶转化-开孔坍塌-伪石墨有序化

最佳材料展现204 mA h g^?1平台容量与221 mA h g^?1倍率性能

软包电池实现284 Wh kg^?1能量密度及-20°C低温稳定性

材料合成

无烟煤经粉碎至～30 μm颗粒后，与30 wt% H₂O₂溶液通过球磨（400 r min^?1, 10 h）均质化。纯化过程采用既定方法完成。纯化后的无烟煤在马弗炉中进行预氧化（350°C, 5°C min^?1升温速率, 2 h）。预氧化产物用石墨纸包裹后装入配备精密温控与循环冷却系统的碳热冲击装置。在碳热冲击处理前...

结果与讨论

本研究采用无烟煤展示可控碳热冲击碳化过程。如方案1所示，无烟煤传统硬碳（HC）生产工艺需以5°C min^?1升温至1300°C并保温2小时。然而通过此传统方法制备的无烟煤衍生HC通常仅提供约200 mA h g^?1的有限容量。为实现对无烟煤衍生HC结晶度的精确控制，我们...

结论

本研究成功应用碳热冲击技术精确调控无烟煤衍生硬碳（HC）的结晶度与闭孔形成。通过可控加工，我们获得了具有短程有序石墨微域和尺寸优化闭孔的理想材料特性。研究明确了三个 distinct 结晶阶段：（i）非晶向伪石墨碳转化，（ii）开孔闭合，及（iii）...