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與傳統的酯類電解液相比，硬碳 (HC) 負極在醚類電解液中的儲鈉性能表現出更高的初始庫侖效率 (ICE) 和更好的倍率性能。然而，醚類電解液中HC更快的Na存儲動力學機制尚不清楚。

在此，北京理工大學吳川教授、白瑩教授等人使用設計的單分散HC納米球（HCNS）報道了醚類電解液中獨特的溶劑化Na⁺和普通Na⁺共嵌入機制。

作者通過冷凍電鏡 (cryo-TEM) 、飛行時間二次離子質譜 (ToF-SIMS)、原子力顯微鏡（AFM）、深度剖面XPS等結合電化學動力學研究，發(fā)現在醚類電解液中形成的具有高無機比例的薄固體電解質界面膜，這有助于Na⁺傳輸，并導致高ICE。此外，分子動力學模擬揭示了醚類電解液中的溶劑化Na⁺快速擴散動力學。

圖1. HCNS的合成示意圖及表征

得益于醚類電解液的貢獻，基于HCNS的半電池中表現出優(yōu)異的倍率性能（10 A g^-1時比容量為214 mAh g^-1，平臺充電容量高達120 mAh g^-1）和高ICE（1 A g^-1時為84.93%）；

在全電池中，1 A g^-1循環(huán)1000次后仍可獲得110.3 mAh g^-1的高比容量。這項工作提供了對鈉離子電池醚基電解液增強電化學性能機制的一般理解，并為未來其他電池系統動力學特性的研究提供了指導。

圖2. HCNS在不同電解液中的電化學性能

Elucidating the Mechanism of Fast Na Storage Kinetics in Ether Electrolytes for Hard Carbon Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202008810

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北理吳川/白瑩AM: 闡明硬碳負極在醚類電解液中快速儲鈉動力學的機制

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