精准调控硬碳闭孔浓度实现超高平台容量的钠离子电池负极材料

本文通过水热氧化锌模板法精准调控硬碳（HC）闭孔结构参数，首次建立闭孔浓度（2.00×1021 g?1）与平台容量（371 mAh g?1）的线性关系（R2=0.971），开发出兼具高容量（466.7 mAh g?1）和优异首效（ICE 93.9%）的钠电负极，为闭孔工程提供从前驱体设计到结构调控的全范式。

　　

亮点

水热预处理显著提升氧化锌（ZnO）模板法的碳产率（21.50%-50.49%），有效抑制ZnO团聚并优化闭孔分布，突破传统酸/碱刻蚀模板法的高能耗瓶颈。

材料

直接采用葡萄糖酸锌水合物（C₁₂H₂₂O₁₄Zn·xH₂O）和乙酸锌（C₄H₆O₄Zn）作为前驱体，无需改性即可合成同源硬碳。

样品制备

将6g葡萄糖酸锌溶于50mL去离子水，在60℃磁力搅拌30分钟后密封于聚四氟乙烯高压釜。通过调控乙酸锌添加量实现闭孔参数的精准编程，犹如"分子刻度尺"般定制孔径（0.4-2nm）和浓度梯度。

水热预处理优势

扫描电镜（SEM）显示预处理后的前驱体呈现独特的纳米片自组装结构（图S2），这种"预组织"策略使碳化过程中ZnO模板像"纳米造孔机"般均匀刻蚀碳骨架，形成高密度闭孔网络。

结论

揭示闭孔浓度（而非单一孔径/体积）是平台容量的"黄金指标"，优化后的HC-2样品在全电池中展现出343.44 Wh kg^?1的能量密度，堪称钠电负极材料的"性能天花板"。该研究为开发高闭孔浓度硬碳提供了从理论到实践的完整路线图。