【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】硬碳(HC)因來源廣泛、結(jié)構(gòu)可調(diào)，被認(rèn)為是理想的鈉離子電池負(fù)極材料。其豐富的閉孔結(jié)構(gòu)在低電位區(qū)間(< 0.1 V vs. Na/Na?)表現(xiàn)出優(yōu)異的平臺儲鈉容量，是提升鈉離子電池能量密度的關(guān)鍵。生物質(zhì)衍生硬碳因資源可再生、成本低廉且可逆容量具有競爭力而備受關(guān)注，但生物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不均一，傳統(tǒng)方法難以對其微晶結(jié)構(gòu)和閉孔特征實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控。因此，探索一種綠色、高效、可調(diào)控生物質(zhì)硬碳閉孔結(jié)構(gòu)的通用策略，對推動高能量密度鈉離子電池的規(guī)模化應(yīng)用具有重要意義。
近期，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所能源化工研究中心科研人員針對上述問題，開發(fā)了一種物理致密化-碳化策略，制備了一系列具有豐富閉孔結(jié)構(gòu)的硬碳。通過不同壓力對木質(zhì)素進(jìn)行致密化處理，XRD和紅外分析表明致密化后其微晶度和取向性顯著增強(qiáng)。原位EPR和TG-FTIR-MS聯(lián)用分析進(jìn)一步揭示，在碳化過程中，原位強(qiáng)化的氫鍵加速了脫水過程，并伴隨碳中心自由基的生成，從而促進(jìn)閉孔形成，有利于提升木質(zhì)素基硬碳的平臺容量。
得益于上述閉孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，優(yōu)化后的硬碳作為鈉離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出顯著提升的電化學(xué)性能：可逆容量從304.7 mAh g?¹提升至386.4 mAh g?¹，平臺容量從154.4 mAh g?¹提升至226.4 mAh g?¹。當(dāng)與Na?V?(PO?)?F?@C正極匹配時，全電池能量密度高達(dá)297.7 Wh kg?¹。此外，該策略的有效性和普適性還通過纖維素和木粉作為前驅(qū)體得到驗(yàn)證。該工作闡明了氫鍵強(qiáng)化結(jié)晶機(jī)制對閉孔構(gòu)筑的作用，并開發(fā)了一種綠色、高效提升硬碳負(fù)極平臺容量的方法，為高能量密度鈉離子電池提供了廣闊前景
相關(guān)成果Densification Propagated Closed-Pores in Hard Carbon for High Energy Density Sodium-Ion Batteries已發(fā)表于《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)，新疆理化技術(shù)研究所能源化工研究中心殷嬌研究員、朱慧研究員、石河子大學(xué)于鋒教授為共同通訊作者，博士研究生歐陽丹丹為第一作者。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、新疆天山人才計劃項(xiàng)目及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
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