【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】硬碳因其較低的工作電壓平臺、高比容量以及豐富的原材料資源，已發(fā)展成為SIBs極具競爭力的負極材料。但硬碳負極存在初始庫侖效率(ICE)低、動力學慢、循環(huán)穩(wěn)定性差等問題，阻礙了SIBs的大規(guī)模商業(yè)化應用。造成這些問題的重要原因之一在于硬碳上電解液過度分解和消耗，形成了一層厚且不均勻的富含有機物的固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)。這類SEI表現(xiàn)出機械脆性、溶解性差和離子電導率低的特點，導致Na?儲存動力學緩慢，并在長期循環(huán)過程中引發(fā)界面劣化。這些問題已成為將硬碳從實驗室研究轉(zhuǎn)化為工業(yè)鈉離子電池(SIBs)的關(guān)鍵瓶頸。
 

　　近期，中國科學院新疆理化技術(shù)研究所能源化工研究中心科研人員針對上述問題，設(shè)計并研究了通過一種統(tǒng)一的水熱碳化路線，制備了一系列由蔗糖衍生的硬碳材料以及一系列前驅(qū)體(即均苯三甲酸、均苯三甲醛和均苯三酚)，以解決上述問題。值得注意的是，這三種有機分子均具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，區(qū)別僅在于其官能團的不同(即羧基(COOH)、醛基(CHO)和羥基(OH))。理想情況下，由于這些官能團的熱穩(wěn)定性不同，蔗糖與前驅(qū)體的聚合反應能夠調(diào)控硬碳基質(zhì)中氧官能團的類型和比例。由此形成的硬碳應能調(diào)節(jié)溶劑和鹽類物種之間的界面反應傾向，從而在循環(huán)過程中產(chǎn)生不同的界面化學性質(zhì)及相對應的SEI結(jié)構(gòu)。
 

　　根據(jù)設(shè)計結(jié)果，從均苯三甲酸制得的硬碳表面富含C=O官能團，有利于形成富NaF的SEI內(nèi)層。而由均苯三酚制備的硬碳C-O含量更高更有利于形成有機物含量更高的SEI。電化學測試進一步表明，CMS-COOH的首次庫倫效率(ICE)顯著提高至87.9%，在50 mA g-1下經(jīng)過200次循環(huán)后，容量保持率最高可達95.7%，優(yōu)于CMS-CHO和CMS-OH樣品。該策略有效緩解了長期以來ICE與循環(huán)穩(wěn)定性之間的權(quán)衡問題。
 

　　相關(guān)成果Endogenous Functional Group Engineering Enables High‐Efficiency Hard Carbon Anodes for Sodium‐ion Batteries已發(fā)表于期刊SMALL上，新疆理化技術(shù)研究所能源化工研究中心殷嬌研究員，王文浠研究員為共同通訊作者，博士研究生劉雨為第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)計劃、天山英才培養(yǎng)計劃及新疆能源化工實驗室科技專項等項目的資助。
 

　　引用：新疆理化所在硬碳應用于鈉離子電池負極材料領(lǐng)域取得研究進展 中國科學院新疆理化技術(shù)研究所 【引用時間：2026年10月10日】