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硬质碳(HC)在钠离子电池(SIBs)中的规模化应用受制于高成本和复杂工艺。本文,郑州大学毛景教授团队已在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Charcoal-derived hard carbon anodes with enhanced sodium storage performance for sodium-ion batteries”的论文,研究选用低成本、高碳收率的木炭作为硬质碳的原料,结合短周期球磨、酸处理和碳化工艺,展现出具有竞争力的钠离子存储性能。特别是在1450℃碳化过程中,经盐酸处理后残留于前驱体孔隙中的杂质得以逸出,形成更多微/介孔结构。电解液优化实验表明,醚类基电解液(二甘醇中溶解的1M NaPF6)与钠金属兼容性最佳,且具有快速电化学动力学特性。
通过调控结构演变与电解质体系,实现了硬质碳电极初始库仑效率(ICE)、容量及倍率性能的同步提升。最终获得的优化炭基硬质碳电极展现出卓越的初始库仑效率(91.05%) ,在30mA g⁻¹下具有314.54mAh g⁻¹的显著可逆容量,并在1500mA g⁻¹下展现出243.67 mAh g⁻¹的高倍率性能。基于微观结构与电化学测试,木炭衍生的硬质碳遵循“吸附-插层-孔隙填充”钠离子存储机制,其中主导电极反应主要受扩散控制。本研究为基于木炭的高容量硬质碳的简易合成铺平道路,并凸显其在钠离子电池应用中的潜力。 |