李丽/侴术雷/吴星樵AM：全平台、高容量钠电负极——拓扑石墨化碳

人们普遍认为，负极的低放电平台对于实现高输出电压非常重要。然而，典型的硬碳有近 30% 的容量由高压斜坡区域提供进而限制了能量密度，成为实际应用中的一大挑战。因此，实现高容量的全平台碳负极是开发下一代钠离子电池（SIB）的关键因素。

在此，上海大学李丽教授、温州大学侴术雷教授、吴星樵等团队报道了利用生物质玉米芯通过两步快速热退火策略制备得到高度交联的拓扑石墨化碳。由长程石墨烯纳米带和空腔/隧道构成的拓扑石墨化碳提供了钠离子的多向插入，同时消除了在高压区域吸收钠离子的缺陷。该工作还通过原位 XRD、原位拉曼和原位/异位 TEM 等先进的表征技术表明，钠离子在弯曲拓扑石墨层之间和相邻石墨带缠结的拓扑空腔中出现 Na 簇形成。

图1. 不同结构碳的电化学性能

总之，本工作制定了一种使用生物质材料作为前体合成具有高石墨化度的拓扑硬碳的策略。将这种拓扑硬碳用于钠离子电池，实现高容量全平台特性，平台容量达到290 mAh g^-1，占总量的97%。这些具有丰富的石墨纳米带交织拓扑的 TPGC 通过 HRTEM 技术进行了可视化。此外，各种先进的原位表征表明，这种独特的全平台和低电势的钠存储特性是由弯曲拓扑石墨层和相邻石墨带缠结之间的拓扑空腔的Na簇形成引起的。

因此，这种独特的拓扑结构将为先进高性能硬碳的设计提供新的思路。此外，由生物质材料制备的具有全平台和低电位特性的拓扑硬碳是各种SIB负极材料中的有力竞争者，并将更充分地研究其在电网规模储能系统中的实际应用。

图2. 原位测试

Achieving All Plateau and High Capacity Sodium Insertion in Topological Graphitized Carbon, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202302613

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李丽/侴术雷/吴星樵AM：全平台、高容量钠电负极——拓扑石墨化碳

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