​北理白莹/吴川EES：硬碳的局部结构实现钠离子电池的钠离子扩散行为

阐明硬碳的微观结构对于揭示其储钠机制和开发高性能钠离子电池硬碳负极至关重要。目前，尽管已经提出了各种硬碳模型的钠存储机制，但仍存在争议。

在此，北京理工大学白莹、吴川等人在非晶合金的启发下，其提出并证实了非晶结构与石墨微晶体交界处的色散区域，这与石墨微晶体的结构密切相关。特殊分散区域在钠离子扩散过程中起到缓冲作用，并提供了良好的存储能力。因此，在设计硬碳时，应考虑合成条件对色散区局部结构的影响。

本工作通过筛选有机分子，精确合成了硬碳石墨微晶结构，揭示了石墨微晶参数之间的约束关系。重要的是，该工作对于解决当前钠离子储存机制的争议，明确硬碳中钠离子在低压区间(< 0.1 V)扩散的异常具有重要意义。

图1. 脱氯聚合制备HC的结构表征

总之，该工作创造性地提出了非晶结构与石墨微晶之间的弥散区结构，其中钠离子的积累是导致低电压区间（< 0.1 V）钠离子扩散系数下降的原因。通过调节聚合反应，精确合成一系列不同层间距、不同石墨微晶尺寸的HC材料，以验证分散区域并获得优化的可逆容量。具体来说，当d、n和La分别为0.377 nm、4 nm和3.22 nm时，HC表现出优异的可逆容量，平台容量为223.7 mAh g⁻¹。

此外，理论计算证实了钠簇更常见于分散区域，这为HC中的钠存储机制提供了新的视角。该工作还强调了精细有机合成与储能材料合成之间的联系，为其他有机合成反应在储能领域的未来应用铺平了道路。

图2. 模拟钠离子在单层石墨烯和NGN上的存储性能

Unlocking the Local Structure of Hard Carbon to Grasp Sodium-ion Diffusion Behavior for Advanced Sodium-ion Battery, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d3ee03347c