钠离子电池凭借钠元素的高丰度和低成本等优势而有望在未来成为锂离子电池的替代品。硬碳材料是最具应用前景的钠离子电池负极材料，然而其内部的钠离子键合机制却一直广受争论。近日，英国利物浦大学T. Wesley Surta和美国加利福尼亚大学P. Alex Greaney以及美国俄勒冈州立大学Michelle R. Dolgos等从理论计算和实验两方面对硬碳负极中的缺陷键合机制进行了研究。

文章要点

1）研究人员利用蔗糖作为碳源制备了低密度高孔隙率的硬碳负极材料，并对该材料进行了X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、氮吸附分析、中子总散射和对分布函数（PDF）分析、各种密度分析方法和恒电流充放电（GCD）等电化学表征，从而对硬碳负极的结构、物理和电化学性质如何随热解温度的升高而演变进行了不同的观察。

2）研究人员使用分子动力学模拟烧结方法创建了900°C下合成HC的结构模型，并使用反向蒙特卡洛方法对其进行了细化以拟合PDF数据。然后研究人员对这些能量合理、经过实验验证的模型进行分析，以确定硬碳显示的Na结合位点的类型以及这些不同位点的相对浓度。

参考文献

T. Wesley Surta，Combining Experimental and Theoretical Techniques to Gain an Atomic Level Understanding of the Defect Binding Mechanism in Hard Carbon Anodes for Sodium Ion Batteries， Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202200647

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202200647