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人們普遍認為，負極的低放電平臺對于實現高輸出電壓非常重要。然而，典型的硬碳有近 30% 的容量由高壓斜坡區域提供進而限制了能量密度，成為實際應用中的一大挑戰。因此，實現高容量的全平臺碳負極是開發下一代鈉離子電池（SIB）的關鍵因素。

在此，上海大學李麗教授、溫州大學侴術雷教授、吳星樵等團隊報道了利用生物質玉米芯通過兩步快速熱退火策略制備得到高度交聯的拓撲石墨化碳。由長程石墨烯納米帶和空腔/隧道構成的拓撲石墨化碳提供了鈉離子的多向插入，同時消除了在高壓區域吸收鈉離子的缺陷。該工作還通過原位 XRD、原位拉曼和原位/異位 TEM 等先進的表征技術表明，鈉離子在彎曲拓撲石墨層之間和相鄰石墨帶纏結的拓撲空腔中出現 Na 簇形成。

圖1. 不同結構碳的電化學性能

總之，本工作制定了一種使用生物質材料作為前體合成具有高石墨化度的拓撲硬碳的策略。將這種拓撲硬碳用于鈉離子電池，實現高容量全平臺特性，平臺容量達到290 mAh g^-1，占總量的97%。這些具有豐富的石墨納米帶交織拓撲的 TPGC 通過 HRTEM 技術進行了可視化。此外，各種先進的原位表征表明，這種獨特的全平臺和低電勢的鈉存儲特性是由彎曲拓撲石墨層和相鄰石墨帶纏結之間的拓撲空腔的Na簇形成引起的。

因此，這種獨特的拓撲結構將為先進高性能硬碳的設計提供新的思路。此外，由生物質材料制備的具有全平臺和低電位特性的拓撲硬碳是各種SIB負極材料中的有力競爭者，并將更充分地研究其在電網規模儲能系統中的實際應用。

圖2. 原位測試

Achieving All Plateau and High Capacity Sodium Insertion in Topological Graphitized Carbon,?Advanced Materials?2023 DOI: 10.1002/adma.202302613

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李麗/侴術雷/吳星樵AM：全平臺、高容量鈉電負極——拓撲石墨化碳

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