新方法、低成本制备硬碳材料

钠离子电池（SIB）被认为是大规模电能存储应用中具有成本效益的替代品或锂离子电池的竞争对手。然而，硬碳（HC）阳极的高成本和较差的电化学性能阻碍了其发展。为了提高碳氢化合物的钠存储容量和速率性能，本文，成都理工大学周园教授、海春喜研究员等在《Langmuir》期刊发表名为“Ball-Milling-Assisted N/O Codoping for Enhanced Sodium Storage Performance of Coconut-Shell-Derived Hard?Carbon?Anodes in Sodium-Ion Batteries”的论文，研究通过球磨和热解技术掺杂N/O加快了椰壳衍生碳氢化合物阳极的电化学性能。

实验结果表明，N 和 O 的同时引入产生了协同效应，通过轻元素的共掺，增加了椰壳衍生碳氢化合物的表面含氧官能团、缺陷和层间距。这种出色的策略提高了碳氢化合物的斜坡容量和平台容量，N/O 的协同改性使其可逆比容量从272mA h g-1 增加到343 mA g-1（30 mA g-1），循环 100 次后的保持率约为92.1%。此外，它还表现出*的速率性能，在 1500 mA g-1 时达到 178mA h g-1。总之，本研究提出了一种改性生物质衍生碳氢化合物的有效策略。

总之，研究开发了一种掺杂氮和氧的工艺来改善椰壳衍生碳氢化合物的电化学性能，并解释了其作用和形成机制。氮和氧的引入可以调节 HC 的微晶表面、缺陷、层间距和孔隙结构。*终，我们发现氧含量为 12.57%、氮含量为 4.48% 的 N/O-HC-2 样品性能*佳。使用廉价的尿素作为 N/O 源，只需 300 °C 的温度就能实现 N/O 掺杂和短程无序多孔结构。合成的 N/O-HC 样品具有优异的电化学性能。多孔结构赋予了 N/O-HC 样品丰富的 Na 储存活性位点、有效的 Na 扩散和高比表面积，从而使电解质与碳材料充分接触。N/O-HC 的优异电化学性能归功于引入氧和氮的协同效应，从而产生丰富的 C═O 基团、缺陷、扩展的 d(002) 间距和封闭的孔隙组合。优化后的微结构在电流密度为 30mA g-1 时的*充电容量为343mA h g-1，与C-HC（272 mA h g-1）相比有了显著提高，并表现出优异的速率性能，在 1500 mA g-1 时达到 178 mA h g-1。*后，得益于尿素氮/氧源的经济性，N/O-HC 为碳基阳极在 SIB 中的广泛商业化提供了一种低成本解决方案。