全固態鈉離子電池（AS3iBs）由于其適當的安全性和在廣泛的溫度范圍內的穩定性，在固定式儲能系統中備受追捧。硬碳（HC）具有成本低、低氧化還原電位和高容量的優勢，是實現實用大規模鈉離子電池不可或缺的。然而，利用這種負極材料的電池的能量密度由于其低初始庫侖效率（ICE）而受到阻礙。

圖1 材料表征

加州大學圣地亞哥分校孟穎等研究了兩種策略來改善HC負極的ICE：1）在1000℃下進行額外的熱解；2）通過NaBH₄添加劑的熱分解進行預處理。實驗結果表明，額外的熱解增加了石墨化，從而增加了C_sp2：C_sp3的比例，而NaBH₄的熱分解在HC表面產生了金屬鈉以補償鈉的損失。

圖2 半電池研究

因此，采用熱處理HC的半電池的ICE有所改善，從83%增加到90%，與此同時預鈉化使ICE更高，超過99%。電化學表征和X射線光電子能譜（XPS）顯示，HC中不可逆的鈉離子以Na-O-C的形式存在，這是HC結構中固有的鈉儲存機制。更重要的是，采用預鈉化HC負極和NaCrO₂正極的全固態鈉離子電池被組裝起來，其ICE可以從75%提高到92%。

圖3 全固態鈉離子電池性能

High-Performing All-Solid-State Sodium-Ion Batteries Enabled by the Presodiation of Hard Carbon. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300776