AM：用于高速和低温钠离子电池的锌单原子调节硬碳

Nanoyu

2023-03-25

硬碳（HCs）作为钠离子电池（SIBs）最商业化的负极材料之一，必须应对倍率能力和比容量或初始库伦效率（ICE）之间的权衡，以及快速的性能下降在低温(LT)下仍然知之甚少。

近日，上海大学Yufeng Zhao报道了一种硬碳，其具有原子结合的锌单原子（Zn-HC）以调节体积和表面结构。

文章要点

1）优化后的Zn-HC具有扩大的石墨区域(d₀₀₂=0.408nm)和高度发达的纳米孔（直径约为0.8nm）和减少的缺陷含量，这有助于快速Na⁺存储。

2）研究发现，Zn-N₄-C结构可以催化NaPF₆的快速分解，实现薄且富含无机物的SEI和快速的界面Na⁺存储动力学，同时触发石墨域内的局部电场（LEF），从而提供了一种不定的库仑力来加速大量Na+存储动力学，同时扩散势垒降低（0.60 eV对1.10 eV）。

3）获得的HC材料表现出创纪录的高可逆容量（546 mAh g^-1@0.05 A g^-1）、倍率能力（140 mAh g^-1@50 A g^-1）、ICE(84%)、低温容量(443 mAh g^-1@-40 °C)，优于最先进的文献。如此构建的全电池可提供323 Wh kg^-1的高能量密度和7.02 kW kg^-1的高功率密度（基于两个电极上的总活性质量）。令人鼓舞的是，揭示了从室温到40 °C的不同温度下影响钠储存行为的潜在因素。

这项工作展示了原子金属掺杂HCs性能增强机制的基本解释，并暗示了进一步提高LT性能的可能方法。

参考文献

Zhixiu Lu, et al, Zinc Single-Atom Regulated Hard Carbons for High Rate and Low Temperature Sodium Ion Batteries, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202211461

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211461