硬碳（HC）由于碳的廣泛存在、比容量大、電化學工作電位低，是一種很有吸引力的柵極級鈉離子電池負極材料。然而，需要解決HC的第一循環庫侖效率（CE）低和倍率性能差的問題，才能成為NIB的實用長壽命解決方案。

在此，加州大學圣地亞哥分校Ying ShirleyMeng和Minghao Zhang等人探索了常規碳酸鹽電解質和醚電解質這兩種電解質系統中HC第一次循環CE和倍率性能。電化學測試、氣相色譜和異位拉曼光譜用于觀察（脫）鈉化過程和儲存在 HC 本體結構中的鈉的可逆性。

低溫透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡 (SEM)、能量色散X射線光譜 (EDS) 和X射線光電子能譜 (XPS) 用于表征三種不同循環速率下碳酸鹽和醚基電解質中SEI的形態和組成變化。

圖1. 兩種電解質中鈉離子電池的電化學性能

對這兩種電解質中HC的長期電化學研究用于確定 SEI 的形成如何影響負極材料的壽命。這些技術表明，SEI是HC的第一循環CE和倍率能力的主要影響因素，它決定了電荷轉移動力學和副反應的程度。

盡管兩種電解質都沒有顯示出儲存在硬碳本體結構中的殘留鈉，但由醚基電解質形成的均勻且共形的SEI能夠提高循環效率和倍率性能。這項研究提供了一種通過界面工程使用HC負極實現長壽命柵極級NIB的途徑。

圖2. 兩種電解質中HC上的SEI差異的橫截面示意圖

Role of electrolyte in stabilizing hard carbon as an anode for rechargeable sodium-ion batteries with long cycle life, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.021