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南科大盧周廣Small Methods: 高性能鈉離子電池用硬碳中的額外儲鈉位點

硬碳是鈉離子電池（SIB）的有前途的負極。然而，有限的儲鈉位點造成的低實際容量阻礙了它們的應用。吡啶N可以提供額外的鈉存儲位點，且在循環過程中具有穩定的C—N?和C—C?自由基，因此可以考慮在硬碳中引入吡啶N。

在此，南方科技大學盧周廣教授等人制備了具有豐富且穩定的吡啶N誘導的超高自由基含量的3D超微孔硬碳，用于可充電SIB負極。超微孔 (<0.7 nm) 可以為Na離子插入提供擴散通道，并通過減少碳表面與電解質之間的接觸來減緩固體電解質界面 (SEI) 膜的形成。

圖1. 不同硬碳樣品的電化學行為

正如預期的那樣，具有額外儲鈉位點的硬碳在20 mA g^-1時表現出434 mAh g^-1 的高容量以及優異倍率性能（5 A g^-1時容量為238 mAh g^-1），且在5000次循環后的容量保持率高達98.7%。通過非原位電子順磁共振技術、原位拉曼技術和密度泛函理論計算進一步探索了自由基誘導Na吸附機制。

結果表明，額外的儲鈉位點來自低電位下的靜電相互作用。這項工作構建了額外自由基的鈉離子存儲模型，并提供了一種擴展策略來提高SIBs負極材料的電化學性能。

圖2. 具有自由基的硬碳的充放電機制

Extra Sodiation Sites in Hard Carbon for High Performance Sodium Ion Batteries, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100580

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