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?楊慧軍/周豪慎/楊全紅PNAS：引入3A分子篩膜，實(shí)現(xiàn)高倍率硬碳負(fù)極！

硬碳被認(rèn)為是鈉離子（Na-ion）電池最有前景的負(fù)極材料，因?yàn)樗哂懈哓S度、低成本和低工作電位等優(yōu)點(diǎn)。然而，硬碳負(fù)極的倍率能力和循環(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能令人滿(mǎn)意，嚴(yán)重阻礙了其工業(yè)應(yīng)用。

日本筑波大學(xué)楊慧軍、周豪慎、天津大學(xué)楊全紅等人報(bào)告了一種分步脫溶劑化策略，以提高硬碳負(fù)極在酯類(lèi)和醚類(lèi)電解液中的倍率能力和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 3A沸石分子篩薄膜實(shí)現(xiàn)預(yù)脫溶劑化電解液

具體而言，隨著3A沸石分子篩薄膜的引入，硬碳負(fù)極上的直接脫溶劑化演變成逐步脫溶劑化，并大大降低了活化能。此外，分步脫溶劑化使電解液配置超出了濃縮的范圍，它導(dǎo)致了一個(gè)薄的、無(wú)機(jī)物為主的SEI的形成，并在很大程度上降低了Na⁺通過(guò)SEI傳輸?shù)幕罨堋Ｒ虼?，?duì)快速Na⁺運(yùn)輸動(dòng)力學(xué)的協(xié)同改進(jìn)賦予了鮮有報(bào)道的倍率性能。

圖2. 電解液的性能對(duì)比

結(jié)果，當(dāng)應(yīng)用分步策略時(shí)，在所有評(píng)估的電流密度（0.2、0.5和1 A g^-1）下，硬碳負(fù)極在所有報(bào)道的文獻(xiàn)中均顯示了最長(zhǎng)的壽命和最小的容量衰減率。此外，隨著電流密度的增加，在平臺(tái)區(qū)的容量比例得到了廣泛的提高。在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中，當(dāng)電流密度為0.5 A g^-1時(shí)，可保持高達(dá)73%的平臺(tái)容量比例。

總之，從這項(xiàng)脫溶劑化研究中得到的啟示將闡明Na-ion電池的實(shí)際應(yīng)用，這也有望在其他類(lèi)型的可充電池中產(chǎn)生有希望的結(jié)果。

圖3. 電化學(xué)性能對(duì)比

Step-by-step desolvation enables high-rate and ultra-stable sodium storage in hard carbon anodes. PNAS 2022. DOI: 10.1073/pnas.221020311

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