全固態(tài)鈉離子電池（AS3iBs）由于其適當(dāng)?shù)陌踩院驮趶V泛的溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，在固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)中備受追捧。硬碳（HC）具有成本低、低氧化還原電位和高容量的優(yōu)勢，是實(shí)現(xiàn)實(shí)用大規(guī)模鈉離子電池不可或缺的。然而，利用這種負(fù)極材料的電池的能量密度由于其低初始庫侖效率（ICE）而受到阻礙。

圖1 材料表征

加州大學(xué)圣地亞哥分校孟穎等研究了兩種策略來改善HC負(fù)極的ICE：1）在1000℃下進(jìn)行額外的熱解；2）通過NaBH₄添加劑的熱分解進(jìn)行預(yù)處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，額外的熱解增加了石墨化，從而增加了C_sp2：C_sp3的比例，而NaBH₄的熱分解在HC表面產(chǎn)生了金屬鈉以補(bǔ)償鈉的損失。

圖2 半電池研究

因此，采用熱處理HC的半電池的ICE有所改善，從83%增加到90%，與此同時(shí)預(yù)鈉化使ICE更高，超過99%。電化學(xué)表征和X射線光電子能譜（XPS）顯示，HC中不可逆的鈉離子以Na-O-C的形式存在，這是HC結(jié)構(gòu)中固有的鈉儲(chǔ)存機(jī)制。更重要的是，采用預(yù)鈉化HC負(fù)極和NaCrO₂正極的全固態(tài)鈉離子電池被組裝起來，其ICE可以從75%提高到92%。

圖3 全固態(tài)鈉離子電池性能

High-Performing All-Solid-State Sodium-Ion Batteries Enabled by the Presodiation of Hard Carbon. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300776