化石燃料的不断消耗导致了环境退化和能源短缺，因此迫切需要转向利用可持续资源，以替代目前不可持续的资源。钠离子电池由于具有成本低、氧化还原化学性质相似等优点，被认为是锂离子电池的最佳替代品。而负极材料的选择是钠离子电池的关键。其中，硬碳由于具有资源丰富、高全性高和成本低等优点，被视为钠离子电池最具发展前景的负极材料。然而，在钠离子电池中实现高ICE和高容量之间的平衡仍然是一个巨大的挑战。另外，截止到目前，硬碳中的孔结构调整被认为是影响电化学性能的关键因素，但是其微观结构与电化学性能之间的构效关系还尚不明晰。

近期，温州大学碳中和技术创新研究院侴术雷/吴星樵团队提出了利用酸洗调整前驱体组分明晰了本征钾/钙元素对钠离子电池生物废物衍生硬碳的结构影响机制。通过各种物理表征，并进一步结合原位拉曼、GITT等分析，成功建立了制备方法、微观结构、储钠行为和电化学性能之间的多重构效关系。

此外，该工作证明了硬碳钠储存行为的三个阶段，分别为吸附阶段，平台插层阶段和钠簇与填孔共同主导阶段。该工作所获得的见解对于未来通过灰分形成元素精确调节硬碳的内部结构以及理解硬碳中钠储存的机制至关重要。

该成果以“Revealing the structural influence mechanism of intrinsic potassium/calcium elements on bio-waste-derived hard carbon for sodium-ion batteries”为题，发表在Chemical Communications上。新澳门六合彩资料 2022级硕士生张颖豪为论文第一作者，侴术雷教授、吴星樵博士为该论文共同通讯作者，温州大学为第一通讯单位。相关工作受到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、温州市自然科学基金等资助。

论文链接：//pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/cc/d4cc03546a

此外，由于存在于硬碳内部的灰分元素会导致电导率低，占据钠离子储存位点等不利影响。所以在碳化之前通常经过预处理以去除灰分元素。然而，随着预处理工艺参数（洗涤时间、酸洗或碱洗）的变化而产生的复杂影响在很大程度上被忽略了。并且刺激性化学品的使用也会带来成本和环境污染等一系列问题。

侴术雷/吴星樵团队提出了钾（一种常见的灰分元素）可以同时作为成孔剂和过石墨化形成的屏障，通过优化加热方式，从传统的管式炉加热（TFH）到碳热冲击（CTS）。通过各种物理表征，并进一步结合原位拉曼、GITT等分析，成功建立了制备方法、微观结构、储钠行为和电化学性能之间的多重构效关系。揭示了钾的双重有益作用：它们可以作为孔隙形成剂并扩大层间间距，但只有在适当的加热方法下（如本研究中进行的CTS），才能在低电位下提高容量。

此项工作以Potassium-Escaping Balances Degree of Graphitization and Pore Channel Structure in Hard Carbon to Boost Plateau Sodium Storage Capacity为题发表在国际期刊Chemical Science上，温州大学作为第一单位，侴术雷教授，吴星樵老师为通讯作者。2021级联培研究生勒格牛布、新澳门六合彩资料 2022级研究生张颖豪为共同第一作者，并得到课题组其他研究生和本科生协助。研究工作得到了国家自然科学基金，中国高端外国专家招聘计划，浙江省自然科学基金等项目支持。

作者：吴星樵课题组

审核：雷云祥