《Journal of Electroanalytical Chemistry》：Tofu dregs-derived hard carbon with tailored microstructure via PVA co?carbonization for sodium-ion batteries
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•制备了具有定制微观结构的豆腐渣衍生硬碳。•PVA在硬碳的结构定制中起到调节剂的作用。•该硬碳展现出钠离子储存的理想优势。•该硬碳具有增强的电化学性能。引言目前，锂离子电池（LIBs）凭借其出色的放电效率和卓越的循环寿命在全球新能源领域占据主导地位。然而，锂资源储量有限以及成
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制备了具有定制微观结构的豆腐渣衍生硬碳。
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PVA在硬碳的结构定制中起到调节剂的作用。
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该硬碳展现出钠离子储存的理想优势。
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该硬碳具有增强的电化学性能。
引言
目前，锂离子电池（LIBs）凭借其出色的放电效率和卓越的循环寿命在全球新能源领域占据主导地位。然而，锂资源储量有限以及成本上升等关键挑战日益凸显。钠离子电池（SIBs）与锂离子电池具有类似的储钠机制，且得益于丰富的资源供应和低制造成本，已成为锂离子电池极具潜力的替代方案[1], [2], [3]。然而，由于Na+的离子半径（1.02 ?）比Li+（0.76 ?）大34%[4], [5], [6]，传统石墨负极中的嵌脱动力学极为迟缓，且所达到的比容量极低（<35 mAh g?1）。因此，开发适用于钠离子储存的新型负极材料至关重要。
迄今为止，多种负极材料已被用于钠离子电池的钠储存研究，包括碳基材料、磷基材料、有机物质和钛基氧化物。其中，碳基材料因其在合成成本、环保性和电导率方面的突出优势而备受探索。特别是，硬碳被学术界和工业界普遍认为是具有巨大商业应用潜力的材料[7], [8], [9]。通常而言，硬碳具有可调控的无序微观结构、扩大的层间距（>0.37 nm）[10], [11]和丰富的纳米孔，从而使其表现出高达250–350 mAh g?1的显著可逆容量[12], [13]。目前，大量研究工作致力于推动硬碳在钠离子电池中的实际应用。然而，传统硬碳主要来源于石化产品（如酚醛树脂、沥青），这引发了对成本和可持续性的担忧[14], [15]。
生物质是地球上最丰富的可再生有机资源，富含碳元素，天然具有孔隙结构，并富含O、N、P和S等杂原子，使其成为制备高质量硬碳的理想前驱体[16], [17]。目前，各种农业、林业和食品工业废弃物（如稻壳、秸秆、果壳、甘蔗渣等）已被用于生产硬碳，这不仅可以变废为宝，还符合环保和低碳发展的理念，取得了可观的经济和环境效益[18], [19], [20]。然而，由于微观结构的多样性，所获得硬碳的性能往往存在明显差异。特别是，层间距和表面官能团的本征微观结构失衡不可避免地导致钠储存性能较差，表现为初始库仑效率不理想、比容量有限以及倍率性能较差。因此，需要简便高效的方法来定制微观结构以提升钠储存性能[21], [22], [23], [24], [25]。
本研究中，以豆腐渣作为生物质原料，聚乙烯醇（PVA）作为调节剂，通过简便的共同碳化路线制备了一种新型硬碳负极用于钠离子电池。优化后的样品具有定制的微观结构，包括适中的层间距、理想的孔隙特性和出色的表面官能团，赋予其优异的钠储存性能。因此，该负极展现出高的初始放电容量（在100 mA g?1下为391.4 mAh g?1）、增强的长期循环稳定性（在500 mA g?1下循环400次后为208.8 mAh g?1）以及改善的倍率性能（在2000 mA g?1下为180.9 mAh g?1）。深入研究表明，定制的微观结构促使Na+反应动力学加快，并形成一种有利的钠储存机制，称为"吸附-嵌入-孔隙填充"机制，二者共同赋予了优异的电化学性能。
章节摘要
材料合成
首先，称量并研磨豆腐渣原料，随后进行清洗以去除杂质和污物。在80 °C下干燥多次后，获得所需的前驱体粉末。随后，将前驱体粉末加入含有不同浓度聚乙烯醇（PVA）溶液（6 wt%、8 wt%、10 wt%）的烧杯中（前驱体粉末与各PVA溶液的质量比为1:10），然后搅拌12小时以确保均匀混合。
PHC-X样品的物理特征
图1a示意性地描绘了PHC-X的制备过程，主要包括豆腐渣与PVA的混合、冷冻干燥、共同碳化和球磨等步骤。整个过程相对简单，易于大规模生产。图1b-1d展示了PHC-X的SEM图像。所有样品均由微米级的不规则块状颗粒组成。换言之，随着PVA浓度的增加，PHC-X的形貌和粒径没有明显差异。
结论
总之，本研究利用豆腐渣作为原料、PVA作为调节剂，通过共同碳化路线合成了一种新型硬碳，其作为钠离子电池负极表现出令人满意的性能。通过在合成过程中调节PVA溶液的浓度，微观结构得到了有效定制。优化后的PHC-8样品展现了综合优势，包括理想的孔隙特性、适中的层间距和出色的含氧官能团
作者贡献声明
岳凡勤：撰写–初稿、调查研究、形式分析、数据管理。周宁：验证、数据管理。杜志文：验证、形式分析。刘子瑾：验证、资源提供。周丹：撰写–审阅与编辑、监督指导、资源提供、研究方法、基金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究受中央高校基本科研业务费（编号：FRF-BD-25-003）和中国留学基金会（CSC）资助。
岳凡勤|周宁|杜志文|刘子瑾|周丹
