硬碳（HC）由于碳的廣泛存在、比容量大、電化學(xué)工作電位低，是一種很有吸引力的柵極級(jí)鈉離子電池負(fù)極材料。然而，需要解決HC的第一循環(huán)庫侖效率（CE）低和倍率性能差的問題，才能成為NIB的實(shí)用長壽命解決方案。

在此，加州大學(xué)圣地亞哥分校Ying ShirleyMeng和Minghao Zhang等人探索了常規(guī)碳酸鹽電解質(zhì)和醚電解質(zhì)這兩種電解質(zhì)系統(tǒng)中HC第一次循環(huán)CE和倍率性能。電化學(xué)測(cè)試、氣相色譜和異位拉曼光譜用于觀察（脫）鈉化過程和儲(chǔ)存在 HC 本體結(jié)構(gòu)中的鈉的可逆性。

低溫透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡 (SEM)、能量色散X射線光譜 (EDS) 和X射線光電子能譜 (XPS) 用于表征三種不同循環(huán)速率下碳酸鹽和醚基電解質(zhì)中SEI的形態(tài)和組成變化。

圖1. 兩種電解質(zhì)中鈉離子電池的電化學(xué)性能

對(duì)這兩種電解質(zhì)中HC的長期電化學(xué)研究用于確定 SEI 的形成如何影響負(fù)極材料的壽命。這些技術(shù)表明，SEI是HC的第一循環(huán)CE和倍率能力的主要影響因素，它決定了電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和副反應(yīng)的程度。

盡管兩種電解質(zhì)都沒有顯示出儲(chǔ)存在硬碳本體結(jié)構(gòu)中的殘留鈉，但由醚基電解質(zhì)形成的均勻且共形的SEI能夠提高循環(huán)效率和倍率性能。這項(xiàng)研究提供了一種通過界面工程使用HC負(fù)極實(shí)現(xiàn)長壽命柵極級(jí)NIB的途徑。

圖2. 兩種電解質(zhì)中HC上的SEI差異的橫截面示意圖

Role of electrolyte in stabilizing hard carbon as an anode for rechargeable sodium-ion batteries with long cycle life, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.021