厦大团队揭示硬碳微观结构与储钠机制关系，为钠离子电池发展提供新思路

厦大团队揭示硬碳微观结构与储钠机制关系，为钠离子电池发展提供新思路

钠离子电池作为下一代储能技术备受关注，而硬碳材料因其高理论容量和成本效益成为重要研究方向。厦门大学赵金保、杨阳等人在ACS Energy Letters上发表最新研究成果，揭示了硬碳微观结构与储钠机制的关系，为高性能钠离子电池材料的设计提供了新思路。

硬碳（HC）由于其高理论容量和成本效益，已成为钠离子电池的候选人。但其储钠机制仍存在争议，并且其微观结构对储钠性能的影响尚不完全清楚。

厦门大学研究团队成功地将结构属性与电化学性能联系起来，揭示了碳氢化合物对于钠离子存储的有效机制。研究发现，HC具有较大的层间距和较小且较薄的假石墨区域，有利于Na+的嵌入。相反，长程有序石墨结构的存在可能导致可逆容量降低。

通过对三种商业 HC 产品的详细分析（包括原位 X 射线衍射和拉曼测量），研究验证了"吸附-嵌入-填充"机制可以解释不同钠存储行为。

图1. 钠离子在不同结构硬碳中的迁移示意图

研究显示，具有较大d002层间距（>0.37 nm）和更小更薄的假石墨区域的硬碳是实现钠离子电池大容量的关键。在满足上述微观结构要求后，增加闭孔体积同样重要，其可进一步增强放电平台。

此外，通过全面的研究，“吸附-嵌入-填充”机制被证明是对多种钠储存行为的合理解释。因此，该研究加深了对硬碳的微观结构与储钠机理关系的理解，为先进硬碳材料的进一步发展提供了新的标准。

图2. 储钠机制探究

这项研究不仅展示了中国高校在新能源材料领域的科研实力，也为钠离子电池的商业化应用提供了理论支持。

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