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鈉離子電池在低溫下優異的電化學性能被認為是一項有前途的技術優勢。然而，Na⁺傳輸動力學的不足和硬碳負極表面復雜的界面反應阻礙了商業鈉離子電池的實際應用。

在此，西北工業大學謝科予、沈超等人提出了在商用硬碳顆粒表面增加 CoN₄位點，從而增強低溫下的鈉存儲性能。研究表明，表面改性的硬碳負極材料（HC-Z1）在3 A g ^-1@25°C時的倍率性能為220.6 mAh g ^-1，在0.06 A g^-1@‐20°C時的容量保留率為89%，其可逆容量為288.7 mAh g ^-1。此外，即使在低至-40°C的溫度下、0.06 A g^?1時其可逆容量仍保持在270 mAh g^?1。

圖1. DFT計算

總之，該工作通過ZIF-67制備了與CoN₄構型集成的曲面碳層。結果證實，改性后的硬碳材料表現出優異的倍率性能和低溫性能。具體而言，CoN₄結構可促進NaPF₆的分解，改善電荷轉移動力學。此外，富含NaF的致密SEI可顯著降低Rsei和Rct；同時局域電場可有效增強Na⁺在碳表面的吸附，從而加速了原本緩慢的脫溶過程和低溫下Na⁺的擴散。

因此，控制硬碳的局部結構和SEI可以顯著提高硬碳在鈉離子電池中的電化學性能。同時，該工作將有助于設計更實用的硬碳材料進而促進其商業應用。

圖2. 低溫下的電池性能

Locally Curved Surface with CoN4 Sites Enables Hard Carbon with Superior Sodium‐Ion Storage Performances at ?40 °C, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202304537

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