成果簡介
碳作為一種有前途的商業材料，在鈉離子電池（SIB）中的應用引起了很多關注。但是，它們的能量存儲機制仍然令人困惑，尤其是酯/醚基電解質的作用。天然煤因其豐富的資源和低廉的成本而具有吸引力，一直被視為重要的候選者。本文，中南大學葛鵬副教授團隊在《J. Mater. Chem. A》期刊發表名為「Tailoring Natural anthracite carbon materials towards considerable electrochemical properties with exploration of ester/ether-based electrolyte」的論文，研究以天然無煙煤為前驅體，通過控制碳化溫度製備了一系列碳材料（O，S摻雜碳），表現出薄的石墨化微晶和較大的層間距離。經過優化過程，所得樣品顯示出相當大的儲能能力。
作為一個SIB陽極，優化後的樣品在酯基電解質中的容量為252 mA h g-1，在醚基系統中的容量為325 mA h g-1。通過詳細分析可以證實，相對較小的溶解能量會誘導吸附行為的增強。柔性的Na溶劑化殼層削弱了石墨化夾層和緻密環結構中的結合能，從而提高了容量。更重要的是，在醚基溶劑化殼的幫助下，降低了准金屬Na和碳原子之間的強力，即使在高電流密度下也能穩定低壓容量貢獻。鑑於此，研究結果有望為深入了解鈉離子與溶劑化殼的擴散提供深入的研究，並為天然煤基碳材料提供有效的策略。
圖文導讀
圖1、煤基材料理化性質探索
圖2、用於從BET和SAXS模式分析閉孔和比表面積
圖3 、形態和元素分布
圖4、所得樣品的電化學特性
圖5、倍率能力
圖6、動力學行為探索
圖7、循環後EIS和TEM圖像
圖8、對於WYM-1000樣品與O3型NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，全電池的相對機制（a），陰極的XRD圖案（b）和SEM圖像（c），充放電平台（d）和循環穩定性（e）。
小結
在此，低成本的無煙煤被用作前驅體，通過短期加工形成具有實用前景的碳材料。這項工作有望加深對鈉離子移動行為和鈉溶劑化殼的理解，並為天然煤先進碳材料提供設計策略。
文獻:
- https://doi.org/10.1039/D2TA09704D