中南大学:低成本无烟煤为原料制备碳材料，用于钠离子电池

成果简介

碳作为一种有前途的商业材料，在钠离子电池（SIB）中的应用引起了很多关注。但是，它们的能量存储机制仍然令人困惑，尤其是酯/醚基电解质的作用。天然煤因其丰富的资源和低廉的成本而具有吸引力，一直被视为重要的候选者。本文，中南大学葛鹏副教授团队在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Tailoring natural anthracite carbon materials towards considerable electrochemical properties with exploration of ester/ether-based electrolyte”的论文，研究以天然无烟煤为前驱体，通过控制碳化温度制备了一系列碳材料（O，S掺杂碳），表现出薄的石墨化微晶和较大的层间距离。经过优化过程，所得样品显示出相当大的储能能力。

作为一个SIB阳极，优化后的样品在酯基电解质中的容量为252 mA h g-1，在醚基系统中的容量为325 mA h g-1。通过详细分析可以证实，相对较小的溶解能量会诱导吸附行为的增强。柔性的Na溶剂化壳层削弱了石墨化夹层和致密环结构中的结合能，从而提高了容量。更重要的是，在醚基溶剂化壳的帮助下，降低了准金属Na和碳原子之间的强力，即使在高电流密度下也能稳定低压容量贡献。鉴于此，研究结果有望为深入了解钠离子与溶剂化壳的扩散提供深入的研究，并为天然煤基碳材料提供有效的策略。

图文导读

图1、煤基材料理化性质探索

图2、用于从BET和SAXS模式分析闭孔和比表面积

图3 、形态和元素分布

图4、所得样品的电化学特性

图5、倍率能力

图6、动力学行为探索

图7、循环后EIS和TEM图像

图8、对于WYM-1000样品与O3型NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，全电池的相对机制（a），阴极的XRD图案（b）和SEM图像（c），充放电平台（d）和循环稳定性（e）。

小结

在此，低成本的无烟煤被用作前驱体，通过短期加工形成具有实用前景的碳材料。这项工作有望加深对钠离子移动行为和钠溶剂化壳的理解，并为天然煤先进碳材料提供设计策略。

文献:

• https://doi.org/10.1039/D2TA09704D