近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所功能材料物理與器件研究部在鈉離子電池研究方面取得新進展，實現了硬碳負極中鈉離子的全吸附超快高可逆存儲。相關研究成果以“Unlocking Interlayer Confinement Enables All-Slope Hard Carbon with Ultrafast and Highly Reversible Sodium Storage”為題發表在ACSNano（ACSNano,2025,DOI：10.1021/acsnano.5c14641）上。

硬碳材料的結構演化分析

鈉離子電池因資源豐富、成本低廉的優勢，成為鋰離子電池在大規模電網儲能、低速電動車等領域的重要補充，而硬碳材料是其最具應用前景的負極材料之一。不過，傳統硬碳材料受“層間限域”效應制約，鈉離子傳輸受阻導致倍率性能不足；若通過引入缺陷提升倍率，又會加劇電解液分解、增厚SEI膜，造成鈉不可逆損耗，拉低初始庫倫效率，高倍率與高首效的平衡成為長期困擾行業的核心難題。

為突破這一困境，研究團隊獨創氨基氮引導孔道構建+氣相輔助熱解技術，在分子層面完成硬碳材料的氮構型重組與多級孔道搭建。該技術利用NH?熱解釋放的氨基官能團，與碳骨架不飽和位點發生選擇性反應，將電化學不可逆的吡咯氮轉化為高可逆的吡啶氮；同時誘導形成垂直貫通的多級孔道，有效緩解“層間限域”效應，打通鈉離子快速傳輸通道。與此同時，氨基官能團還能在負極-電解質界面誘導形成梯度化學組成的超薄SEI膜，其亞表面富集的氟化物可大幅提升界面離子傳輸效率，顯著降低鈉的不可逆損耗，實現了材料結構與界面性能的協同優化。

得益于多級孔道與界面協同效應，該團隊制備的硬碳負極綜合性能在斜坡型硬碳材料中表現突出，多項核心指標刷新行業紀錄：首次庫倫效率高達94.9%，遠超傳統硬碳材料水平；可逆容量達到400.3mAhg^-1，滿足高能量密度需求；即便在50Ag^-1的極端電流密度下，仍可保持208.2mAhg^-1的優異容量，展現出卓越的快充性能；此外，該材料還實現了9000次長循環的超高穩定性，為其商業化應用奠定堅實基礎。

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