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?廈大ACS Energy Letters：硬碳的橋接微觀結(jié)構(gòu)和鈉離子存儲(chǔ)機(jī)制用于鈉離子電池

硬碳(HC)由于其高理論容量和成本效益，已成為鈉離子電池的候選人。但其儲(chǔ)鈉機(jī)制仍存在爭議，并且其微觀結(jié)構(gòu)對儲(chǔ)鈉性能的影響尚不完全清楚。

在此，廈門大學(xué)趙金保、楊陽等人成功地將結(jié)構(gòu)屬性與電化學(xué)性能聯(lián)系起來，揭示了碳?xì)浠衔飳τ阝c離子存儲(chǔ)有效機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，HC具有較大的層間距和較小且較薄的假石墨區(qū)域，有利于Na⁺的嵌入。相反，應(yīng)避免長程有序石墨結(jié)構(gòu)的存在，其可能導(dǎo)致可逆容量降低。作者通過對三種商業(yè) HC 產(chǎn)品的詳細(xì)分析（包括原位 X 射線衍射和拉曼測量），“吸附-嵌入-填充”機(jī)制被驗(yàn)證為對不同鈉存儲(chǔ)行為的解釋。

圖1. 鈉離子在不同結(jié)構(gòu)硬碳中的遷移示意圖

總之，該工作選擇具有不同微觀結(jié)構(gòu)的商業(yè)硬碳材料來研究微觀結(jié)構(gòu)與鈉存儲(chǔ)機(jī)制之間的相關(guān)性。研究顯示，具有較大d₀₀₂層間距（>0.37 nm）和更小更薄的假石墨區(qū)域的硬碳是實(shí)現(xiàn)鈉離子電池大容量的關(guān)鍵。在滿足上述微觀結(jié)構(gòu)要求后，增加閉孔體積同樣重要，其可進(jìn)一步增強(qiáng)放電平臺(tái)。?

此外，通過全面的研究，“吸附-嵌入-填充”機(jī)制被證明是對多種鈉儲(chǔ)存行為的合理解釋。因此，該研究加深了對硬碳的微觀結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)鈉機(jī)理關(guān)系的理解，為先進(jìn)硬碳材料的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2. 儲(chǔ)鈉機(jī)制探究

Bridging Microstructure and Sodium-Ion Storage Mechanism in Hard Carbon for Sodium-Ion Batteries, ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02751

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