三维互连纳米球结构树脂基硬碳的工程化设计及其钠离子传输性能增强研究

本文创新性地采用间苯二酚-甲醛树脂前驱体构建了三维互连球形硬碳框架（hard carbon），通过溶剂调控策略实现粒径优化。研究揭示了减小颗粒尺寸可有效缩短Na+扩散路径，使材料在0.5 A g?1下循环400次仍保持182.9 mAh g?1的可逆容量，为突破钠离子电池（SIBs）负极动力学限制提供了新思路。

　　

Highlight
本研究采用表面活性剂辅助合成技术，构建了具有三维互连球形结构的硬碳材料。这种独特的架构形成了连续的导电通路，显著提升了电荷传输动力学。通过溶剂调节策略实现了粒径调控——以乙醇为溶剂制备的C-S-EtOH材料展现出比水相制备的C-S-H₂O更小的平均粒径，这种形貌优势有效优化了Na⁺传输动力学。

Results and discussion
树脂合成过程中，间苯二酚-甲醛（resorcinol-formaldehyde）前驱体通过表面活性剂辅助的亲电取代反应生成羟甲基化中间体，随后通过缩聚形成三维交联网络。高温碳化后获得两种硬碳材料：使用H₂O和乙醇作为不同溶剂合成的C-S-H₂O和C-S-EtOH。电化学测试表明，较小的颗粒尺寸显著提升了材料的倍率性能。

Conclusion
我们成功开发了具有三维互连球形结构的间苯二酚-甲醛树脂衍生硬碳材料。该结构建立了连续的导电通道，实现了高效的电子渗透。通过溶剂介导的粒径工程，C-S-EtOH材料展现出优异的钠离子传输动力学，在1 A g^?1电流密度下循环2000次后仍保持100.8 mAh g^?1的容量，为克服树脂衍生硬碳的动力学限制提供了有效解决方案。