中大刘勇教授AFM: 打破传统！用于高可逆储钠的含共生类石墨晶体的硬碳负极

硬碳通常是指不可石墨化的碳，即使在高温下也不会转变为晶体结构。尽管硬碳被认为是钠离子电池（NIBs）最有前途的负极材料，但其较低的初始库仑效率（ICE）仍阻碍了其实际应用。

在此，中山大学刘勇教授等人首次报道了一种外延生长方法，以棉花为前驱体，石墨为晶体模板，在紧密接触条件下煅烧，生长出高度有序的具有大面积类石墨晶体的硬碳（HC-GLC）。

作者进行广泛的材料表征以鉴定类石墨晶体的结构，确定了其具有空间群为P63/mmc（194）的六方晶系类石墨晶体结构。有趣的是，其晶胞参数(a=b=3.528 Å，c=9.6 Å，α=β=90°，γ=120°)和与石墨相相比增大了1.428倍的 (002) 晶面间距（4.8 Å），打破了硬碳作为无定形碳的传统观念。

图1. HC-GLC电极的电化学性能

此外，HC-GLC中较大的层间距、完全平行的堆积碳层有利于Na离子的可逆嵌入/脱嵌。作者研究了其储钠特性，它具有95% 的极高ICE和343 mAh g^-1的大可逆容量，达到了与锂离子电池中使用的商业石墨相同的水平。

通过原位拉曼光谱深入研究了HC-GLC的储钠机制，结果表明，在放电和充电过程中G带的峰强度几乎保持不变，这与之前报道的结构无序的硬碳明显不同，揭示了HC-GLC电极中高度可逆的嵌入/脱嵌。

这种类石墨晶体打破了传统的硬碳概念，而石墨模板诱导外延生长机制可能为获得新型结晶碳同素异形体提供新途径。

图2. HC-GLC电极中Na存储机制的示意图

Intergrowth of Graphite-Like Crystals in Hard Carbon for Highly Reversible Na-Ion Storage, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106980

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中大刘勇教授AFM: 打破传统！用于高可逆储钠的含共生类石墨晶体的硬碳负极

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