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近日，我校資源與材料學(xué)院羅紹華、王慶團(tuán)隊(duì)在鈉離子電池碳負(fù)極研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果“Regulating the Microstructure of Bituminous Coal-Based Carbon with Theabrownin to Enhance Its Plateau Sodium Storage Capacity（茶褐素調(diào)控?zé)熋夯嘉⒔Y(jié)構(gòu)以提升平臺(tái)儲(chǔ)鈉容量）”發(fā)表在材料領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Advanced Functional Materials（中科院一區(qū)，影響因子18.5）。2022級(jí)碩士研究生旺彥為論文第一作者，王慶副教授和羅紹華教授為通訊作者，東北大學(xué)為第一完成單位。

由于資源和成本優(yōu)勢(shì)，煙煤成為制備鈉離子電池碳負(fù)極材料極具潛力的前驅(qū)體。然而，其在碳化過(guò)程中不可避免的石墨化導(dǎo)致煙煤基碳儲(chǔ)鈉容量低。基于此，本項(xiàng)目以富含氧官能團(tuán)的茶褐素與煙煤在低溫下進(jìn)行異質(zhì)交聯(lián)反應(yīng)，構(gòu)建C(O)-O三維結(jié)構(gòu)，形成空間位阻效應(yīng)，抑制碳化過(guò)程中石墨微晶定向生長(zhǎng)和長(zhǎng)程有序排列，提高煙煤基碳的無(wú)序結(jié)構(gòu)，增加類石墨碳層間距，并促進(jìn)高溫下硬碳體相內(nèi)閉孔的形成，提升低電壓平臺(tái)區(qū)的儲(chǔ)鈉容量。優(yōu)化的煙煤基碳負(fù)極展現(xiàn)出399和290mAhg^-1的首次放充電容量，低電壓區(qū)的平臺(tái)容量達(dá)到239mAhg^-1。一系列原位和非原位表征闡明，煙煤基硬碳負(fù)極儲(chǔ)鈉行為主要分為高電壓斜坡區(qū)的表面和缺陷吸附儲(chǔ)鈉機(jī)制，以及低電壓平臺(tái)區(qū)的插層儲(chǔ)鈉和閉孔填鈉機(jī)制。鈉離子進(jìn)入閉孔后被碳部分還原，以準(zhǔn)金屬鈉簇的狀態(tài)存在。本項(xiàng)目研究為開發(fā)高性能、低成本的鈉離子電池碳負(fù)極提供了一條有效途徑。

煙煤異質(zhì)交聯(lián)改性以及煙煤基碳儲(chǔ)鈉機(jī)理示意圖