【复材资讯】Nat. Commu.：钠电硬碳一种意想不到的特性

硬碳因其具有竞争力的性能，正在成为支持钠（Na）离子电池商业化的最可行的阳极。然而，硬碳阳极存在初始库仑效率（ICE）低的问题，而且模糊的钠离子（Na+）存储机制和界面化学性质无法给出合理的解释。

南京大学周豪慎、天津大学杨全红团队发现了硬碳纳米孔上与时界面关的离子预去溶剂化现象，它通过改变电解质的溶剂化结构显著影响了 Na+ 的储存效率。通过延长老化时间来完成预去溶剂化作用，可在纳米孔内生成高度聚集的电解质结构，从而使电解质的还原分解变得微不足道。根据上述观点，在不使用任何 Na 补充技术的情况下，硬碳阳极的平均 ICE 高达 98.21%。因此，全电池的正负容量比可降低到 1.02，从而提高了能量密度。对硬质碳和相关界面物的深入研究可扩展到其他电池系统，为电池技术的持续发展提供支持。

相关研究成果以“Consummating ion desolvation in hard carbon anodes for reversible sodium storage”为题发表于《Nature Communications》。

/ 图文导读 /

图1. 硬碳阳极中 Na+储存的 ICE 与老化时间之间的相关性。图2. 硬质碳纳米孔中与 SEI 无关的预去溶剂化作用。图3. 不同浓度电解质的拉曼图谱。图4. 双SEI模型的验证。图5. 硬质碳阳极的XPS分析。图6. 硬碳的电化学性能。

/ 总结 /

总之，本工作结果表明，通常被忽视的孔隙率对于理解硬碳中的 Na 储存机制非常重要，由于渗透压和流体静压对纳米孔隙诱导的自发预溶解，硬碳可以实现一些意想不到的特性。

基于预去溶剂化作用，研究人员提出了一个双 SEI 模型，该模型通过价态分析和深度剖析很好地阐明了硬碳阳极中不可逆的 Na 损失。重要的是，只要延长老化时间以实现充分的预去溶剂化，就能解决长期存在的低 ICE 问题。通过引入基于纳米孔的预去溶，建立了老化时间与 Na+ 储存效率之间的相关性。在不牺牲稳定性和寿命的情况下，ICE 可高达 98.21%。

因此，研究人员成功地构建了一个 N/P 比值低至 1.02 的全电池，其能量密度高达 282 Wh kg-1。纳米约束产生的电解质和相关的界面化学补充了人们对硬质碳中 Na+ 输运和存储的理解，这将有助于设计更实用的硬质碳并促进其商业应用。

原文信息：

Lu, Z., Yang, H., Guo, Y. et al. Consummating ion desolvation in hard carbon anodes for reversible sodium storage. Nat Commun 15, 3497 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-47522-y

来源：DT-Carbontech

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