新方法、低成本制備硬碳材料

鈉離子電池（SIB）被認(rèn)為是大規(guī)模電能存儲(chǔ)應(yīng)用中具有成本效益的替代品或鋰離子電池的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。然而，硬碳（HC）陽(yáng)極的高成本和較差的電化學(xué)性能阻礙了其發(fā)展。為了提高碳?xì)浠�合物的鈉存儲(chǔ)容量和速率性能，本文，成都理工大學(xué)周園教授、海春喜研究員等在《Langmuir》期刊發(fā)表名為“Ball-Milling-Assisted N/O Codoping for Enhanced Sodium Storage Performance of Coconut-Shell-Derived Hard?Carbon?Anodes in Sodium-Ion Batteries”的論文，研究通過(guò)球磨和熱解技術(shù)摻雜N/O加快了椰殼衍生碳?xì)浠�合物�?yáng)極的電化學(xué)性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N 和 O 的同時(shí)引入產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，通過(guò)輕元素的共摻，增加了椰殼衍生碳?xì)浠�合物的表面含氧官能團(tuán)、缺陷和層間距。這種出色的策略提高了碳?xì)浠�合物的斜坡容量和平臺(tái)容量，N/O 的協(xié)同改性使其可逆比容量從272mA h g-1 增加到343 mA g-1（30 mA g-1），循環(huán) 100 次后的保持率約為92.1%。此外，它還表現(xiàn)出*的速率性能，在 1500 mA g-1 時(shí)達(dá)到 178mA h g-1�？傊�，本研究提出了一種改性生物質(zhì)衍生碳?xì)浠�合物的有效策略�?

總之，研究開(kāi)發(fā)了一種摻雜氮和氧的工藝來(lái)改善椰殼衍生碳?xì)浠�合物的電化學(xué)性能，并解釋了其作用和形成機(jī)制。氮和氧的引入可以調(diào)節(jié) HC 的微晶表面、缺陷、層間距和孔隙結(jié)構(gòu)。*終，我們發(fā)現(xiàn)氧含量為 12.57%、氮含量為 4.48% 的 N/O-HC-2 樣品性能*佳。使用廉價(jià)的尿素作為 N/O 源，只需 300 °C 的溫度就能實(shí)現(xiàn) N/O 摻雜和短程無(wú)序多孔結(jié)構(gòu)。合成的 N/O-HC 樣品具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。多孔結(jié)構(gòu)賦予了 N/O-HC 樣品豐富的 Na 儲(chǔ)存活性位點(diǎn)、有效的 Na 擴(kuò)散和高比表面積，從而使電解質(zhì)與碳材料充分接觸。N/O-HC 的優(yōu)異電化學(xué)性能歸功于引入氧和氮的協(xié)同效應(yīng)，從而產(chǎn)生豐富的 C═O 基團(tuán)、缺陷、擴(kuò)展的 d(002) 間距和封閉的孔隙組合。優(yōu)化后的微結(jié)構(gòu)在電流密度為 30mA g-1 時(shí)的*充電容量為343mA h g-1，與C-HC（272 mA h g-1）相比有了顯著提高，并表現(xiàn)出優(yōu)異的速率性能，在 1500 mA g-1 時(shí)達(dá)到 178 mA h g-1。*后，得益于尿素氮/氧源的經(jīng)濟(jì)性，N/O-HC 為碳基陽(yáng)極在 SIB 中的廣泛商業(yè)化提供了一種低成本解決方案。