【科學(xué)材料站】上海大學(xué)張久俊院士團(tuán)隊趙玉峰教授課題組AM：p-帶中心調(diào)控提升全電壓區(qū)間Na+擴(kuò)散動力學(xué)，實現(xiàn)硬碳負(fù)極超高倍率和低溫儲鈉
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文 章 信 息
全電壓區(qū)域快速Na+擴(kuò)散動力學(xué)實現(xiàn)硬碳負(fù)極的超高倍率鈉存儲
共同第一作者：殷秀平，陸峙秀，王靜，馮曉晨
通訊作者：趙玉峰*
單位：上海大學(xué)
研 究 背 景
資源豐富且價格低廉的鈉離子電池非常有潛力成為可持續(xù)能源利用的下一代大規(guī)模儲能系統(tǒng)。硬碳（HCs）材料擁有合適的平臺電位、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高的庫侖效率、優(yōu)異的可逆容量的硬碳（HCs）是最具商業(yè)化前景的鈉離子電池負(fù)極材料。然而，硬碳材料的倍率性能（通常<5 A g-1）和容量并不能令人滿意，這限制了它們的實際應(yīng)用和商業(yè)化推廣。此外，關(guān)于硬碳材料的儲能機(jī)理及結(jié)構(gòu)-性能之間的構(gòu)效關(guān)系仍存爭議。
文 章 簡 介
基于此，上海大學(xué)張久俊院士團(tuán)隊趙玉峰教授課題組，在國際著名期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Enabling Fast Na+ Transfer Kinetics in the Whole-Voltage-Region of Hard Carbon Anodes for Ultrahigh Rate Sodium Storage”的研究論文。該文章通過ZnO輔助的體蝕刻策略來合理調(diào)控Na+吸附能（Ea）和擴(kuò)散勢壘（Eb）和p-帶中心，獲得了在全電壓區(qū)域（0.01-2 V）均能超快儲鈉的硬碳材料。其中Na+的擴(kuò)散系數(shù)整體提高了2個數(shù)量級（~10-7 cm2 s-1）。此外，通過DFT計算深入揭示了Ea和Eb與碳p帶中心的正、負(fù)線性關(guān)系，其中Ea和Eb的合理調(diào)控對于增強(qiáng)硬碳的電荷存儲動力學(xué)是至關(guān)重要。通過這種方式Na+填孔和層間的插層都得到了顯著增強(qiáng)，因此所制備的硬碳微球提供了高的容量（501 mAh g-1 @ 0.05 A g-1）、創(chuàng)紀(jì)錄的倍率性能（107 mAh g-1 @ 50 A g-1）和優(yōu)異的低溫電化學(xué)性能（426 mAh g-1 @ -40 °C）。此外通過全面的原位（非）原位技術(shù)也全面地解析了硬碳中的電荷存儲機(jī)制。
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Enabling Fast Na+ Transfer Kinetics in the Whole-Voltage-Region of Hard Carbon Anodes for Ultrahigh Rate Sodium Storagehttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109282