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快速充電倍率和大容量儲能是電動汽車對鋰離子電池（LIB）的關鍵要求，開發具有高體積和重量容量且可以高速運行的電極材料是最具挑戰性的問題。

鑒于此，北京化工大學宋懷河教授等人提出了一種新的通用多相界面策略，用于制備具有增強鋰/鈉離子電池綜合電化學性能的致密碳材料。

首先，將蔗糖、樹脂或瀝青等前驅體體溶解到氧化石墨烯（GO）溶液中形成分子級分散體。根據前驅體的不同特性，采用一定的策略快速蒸發溶劑并穩定這種分散結構，溶劑快速蒸發引起的毛細作用力會導致石墨烯的層狀結構皺縮折疊。在惰性氣體氣氛中碳化后，生成了含有豐富多界面結構的碳/石墨烯復合材料。

作者選擇蔗糖基硬碳球（HCS）作為碳基體，并將彎曲和褶皺的石墨烯納米片嵌入到HCS中以在結晶石墨烯和無序硬碳基體之間構建豐富的界面。在HCS形成過程中，所構建的界面可以作為有效的通道來釋放蔗糖的熱解輕餾分，從而產生致密材料。

圖1. GH5-1000的儲鋰性能

研究表明，離子和電子可以快速平行地擴散到整個碳基體的界面，從而有效地提高整體電導率。由于特殊的結構，產物（GH5-1000）具有低表面積（13.3 m² g^-1）、增加的堆積密度（0.910 g cm^-3）。當用作LIBs和鈉離子電池（SIBs）的負極材料時，GH5-1000同時顯示出高重量/體積可逆容量、高倍率性能和低溫特性，這意味著在實際LIBs和SIBs中具有巨大的應用潛力。

此外，基于GH5-1000為負極、市售活性炭（AC）組裝的鈉離子電容器（SIC）在2 A g^-1下3000次循環后具有87.1% 的高電容保持率。基于GH5-1000組裝的鈉離子全電池重量能量密度約為452.5 Wh kg^-1，體積能量密度約為421.8 Wh L^-1。因此，這種界面工程策略將為高性能電極材料的制備提供新思路。

圖2. GH5//AC SIC的電化學性能

A General Multi-Interface Strategy toward Densified Carbon Materials with Enhanced Comprehensive Electrochemical Performance for Li/Na-Ion Batteries, Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202105738

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北化工宋懷河Small: 通用的致密碳材料多界面策略增強鋰/鈉離子電池性能

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