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近日，我校資源與材料學院羅紹華、王慶團隊在鈉離子電池碳負極研究方面取得重要進展，相關成果“Regulating the Microstructure of Bituminous Coal-Based Carbon with Theabrownin to Enhance Its Plateau Sodium Storage Capacity（茶褐素調控煙煤基碳微結構以提升平臺儲鈉容量）”發表在材料領域國際著名期刊Advanced Functional Materials（中科院一區，影響因子18.5）。2022級碩士研究生旺彥為論文第一作者，王慶副教授和羅紹華教授為通訊作者，東北大學為第一完成單位。

由于資源和成本優勢，煙煤成為制備鈉離子電池碳負極材料極具潛力的前驅體。然而，其在碳化過程中不可避免的石墨化導致煙煤基碳儲鈉容量低。基于此，本項目以富含氧官能團的茶褐素與煙煤在低溫下進行異質交聯反應，構建C(O)-O三維結構，形成空間位阻效應，抑制碳化過程中石墨微晶定向生長和長程有序排列，提高煙煤基碳的無序結構，增加類石墨碳層間距，并促進高溫下硬碳體相內閉孔的形成，提升低電壓平臺區的儲鈉容量。優化的煙煤基碳負極展現出399和290mAhg^-1的首次放充電容量，低電壓區的平臺容量達到239mAhg^-1。一系列原位和非原位表征闡明，煙煤基硬碳負極儲鈉行為主要分為高電壓斜坡區的表面和缺陷吸附儲鈉機制，以及低電壓平臺區的插層儲鈉和閉孔填鈉機制。鈉離子進入閉孔后被碳部分還原，以準金屬鈉簇的狀態存在。本項目研究為開發高性能、低成本的鈉離子電池碳負極提供了一條有效途徑。

煙煤異質交聯改性以及煙煤基碳儲鈉機理示意圖