【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】硬碳(HC)因來源廣泛、結構可調(diào)，被認為是理想的鈉離子電池負極材料。其豐富的閉孔結構在低電位區(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注，但生物質(zhì)本身結構復雜且不均一，傳統(tǒng)方法難以對其微晶結構和閉孔特征實現(xiàn)精確調(diào)控。因此，探索一種綠色、高效、可調(diào)控生物質(zhì)硬碳閉孔結構的通用策略，對推動高能量密度鈉離子電池的規(guī)?；瘧镁哂兄匾饬x。
近期，中國科學院新疆理化技術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構的硬碳。通過不同壓力對木質(zhì)素進行致密化處理，XRD和紅外分析表明致密化后其微晶度和取向性顯著增強。原位EPR和TG-FTIR-MS聯(lián)用分析進一步揭示，在碳化過程中，原位強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。
得益于上述閉孔結構的構筑，優(yōu)化后的硬碳作為鈉離子電池負極材料表現(xiàn)出顯著提升的電化學性能：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。當與Na?V?(PO?)?F?@C正極匹配時，全電池能量密度高達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)體得到驗證。該工作闡明了氫鍵強化結晶機制對閉孔構筑的作用，并開發(fā)了一種綠色、高效提升硬碳負極平臺容量的方法，為高能量密度鈉離子電池提供了廣闊前景
相關成果Densification Propagated Closed-Pores in Hard Carbon for High Energy Density Sodium-Ion Batteries已發(fā)表于《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)，新疆理化技術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研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目、新疆天山人才計劃項目及中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目等項目的資助。
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