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文 章 信 息

全电压区域快速Na+扩散动力学实现硬碳负极的超高倍率钠存储

共同第一作者：殷秀平，陆峙秀，王静，冯晓晨

通讯作者：赵玉峰*

单位：上海大学

研 究 背 景

 资源丰富且价格低廉的钠离子电池非常有潜力成为可持续能源利用的下一代大规模储能系统。硬碳（HCs）材料拥有合适的平台电位、良好的结构稳定性、高的库仑效率、优异的可逆容量的硬碳（HCs）是最具商业化前景的钠离子电池负极材料。然而，硬碳材料的倍率性能（通常<5 A g-1）和容量并不能令人满意，这限制了它们的实际应用和商业化推广。此外，关于硬碳材料的储能机理及结构-性能之间的构效关系仍存争议。

文 章 简 介

 基于此，上海大学张久俊院士团队赵玉峰教授课题组，在国际著名期刊Advanced Materials上发表题为“Enabling Fast Na+ Transfer Kinetics in the Whole-Voltage-Region of Hard Carbon Anodes for Ultrahigh Rate Sodium Storage”的研究论文。该文章通过ZnO辅助的体蚀刻策略来合理调控Na+吸附能（Ea）和扩散势垒（Eb）和p-带中心，获得了在全电压区域（0.01-2 V）均能超快储钠的硬碳材料。其中Na+的扩散系数整体提高了2个数量级（~10-7 cm2 s-1）。此外，通过DFT计算深入揭示了Ea和Eb与碳p带中心的正、负线性关系，其中Ea和Eb的合理调控对于增强硬碳的电荷存储动力学是至关重要。通过这种方式Na+填孔和层间的插层都得到了显着增强，因此所制备的硬碳微球提供了高的容量（501 mAh g-1 @ 0.05 A g-1）、创纪录的倍率性能（107 mAh g-1 @ 50 A g-1）和优异的低温电化学性能（426 mAh g-1 @ -40 °C）。此外通过全面的原位（非）原位技术也全面地解析了硬碳中的电荷存储机制。

文 章 链 接

Enabling Fast Na+ Transfer Kinetics in the Whole-Voltage-Region of Hard Carbon Anodes for Ultrahigh Rate Sodium Storagehttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109282