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鈉離子電池在低溫下優(yōu)異的電化學(xué)性能被認(rèn)為是一項(xiàng)有前途的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而，Na⁺傳輸動(dòng)力學(xué)的不足和硬碳負(fù)極表面復(fù)雜的界面反應(yīng)阻礙了商業(yè)鈉離子電池的實(shí)際應(yīng)用。

在此，西北工業(yè)大學(xué)謝科予、沈超等人提出了在商用硬碳顆粒表面增加 CoN₄位點(diǎn)，從而增強(qiáng)低溫下的鈉存儲(chǔ)性能。研究表明，表面改性的硬碳負(fù)極材料（HC-Z1）在3 A g ^-1@25°C時(shí)的倍率性能為220.6 mAh g ^-1，在0.06 A g^-1@‐20°C時(shí)的容量保留率為89%，其可逆容量為288.7 mAh g ^-1。此外，即使在低至-40°C的溫度下、0.06 A g^?1時(shí)其可逆容量仍保持在270 mAh g^?1。

圖1. DFT計(jì)算

總之，該工作通過ZIF-67制備了與CoN₄構(gòu)型集成的曲面碳層。結(jié)果證實(shí)，改性后的硬碳材料表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和低溫性能。具體而言，CoN₄結(jié)構(gòu)可促進(jìn)NaPF₆的分解，改善電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。此外，富含NaF的致密SEI可顯著降低Rsei和Rct；同時(shí)局域電場(chǎng)可有效增強(qiáng)Na⁺在碳表面的吸附，從而加速了原本緩慢的脫溶過程和低溫下Na⁺的擴(kuò)散。

因此，控制硬碳的局部結(jié)構(gòu)和SEI可以顯著提高硬碳在鈉離子電池中的電化學(xué)性能。同時(shí)，該工作將有助于設(shè)計(jì)更實(shí)用的硬碳材料進(jìn)而促進(jìn)其商業(yè)應(yīng)用。

圖2. 低溫下的電池性能

Locally Curved Surface with CoN4 Sites Enables Hard Carbon with Superior Sodium‐Ion Storage Performances at ?40 °C, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202304537

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?西工大AEM：改性硬碳助力低溫鈉離子電池

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