西北工业大学《Nano Res》：生长卷曲的石墨烯层可提高硬质碳的钠离子储存能力

成果简介

受益于独特的有序化程度和局部微观结构特征，硬碳（HC）被认为是钠离子电池（SIBs）最有前途的阳极。但是，低的初始库仑效率（ICE）和有限的可逆容量严重阻碍了其广泛的应用。本文，西北工业大学沈超副研究员、谢科予教授等在《Nano Res》期刊发表名为“Growing curly graphene layer boosts hard carbon with superior sodium-ion storage”的论文，研究通过简单的化学气相沉积方法（无催化剂），在HC上设计并实施了一个具有微孔结构的均匀卷曲石墨烯（CG）层。

CG不仅提高了硬碳的电子/离子导电性，而且还有效地屏蔽了其表面缺陷，增强了其ICE。特别是，由于CG片（CG）的自发卷曲结构特征，形成的微孔（≤2纳米）提供了额外的活性位点，增加了其容量。当用作钠离子电池阳极时，HC-CG复合阳极显示出358 mAh-g-1的出色可逆容量，88.6%的卓越ICE，5 A-g-1时145.8 mAh-g-1的显著速率性能，以及1000次循环后88.6%的1 A-g-1长循环寿命。这项工作为硬质碳阳极提供了一种简单的缺陷/微观结构车削策略，并加深了对高原地区钠储存行为的理解，特别是对通过形成准金属簇形成的孔隙填充机制的理解

图文导读

图1. (a) 卷曲石墨烯的生长过程示意图。(b)-(e) 卷曲的垂直方向的石墨烯生长的不同阶段的TEM图像

图2（a-d）HC和和HC-G1.5的TEM和高分辨率TEM（HRTEM）图像。(e) N2 吸附-解吸等温线的样品。(f) 相应的孔隙大小分布（BJH模型）。(g) HC-G1.5的拟合SAXS模式

图3.材料表征

图4、电化学性能

图5.（a）HC-G1.5的原位XPS Na1s谱图。（b） 完全钠化后HC和HC-G1.5的XPS Na1s光谱深度分布。（c） HC和HC-G1.5的原位拉曼光谱。（d） HC-G1.5 ||NLNMO在不同电流密度下的速率性能。（e） HC-G1.5 ||NLNMO在0.2℃下的循环曲线（f）与其他研究的比较。（g） 电化学行为和材料示意图。

小结

综上所述，通过简单的CVD工艺合成CGS/硬碳复合电极。因此，这项工作不仅为硬质碳的表面改性提供了策略，而且为理解硬质碳中钠离子储存的孔隙填充机制提供了见解。

文献：https://doi.org/10.1007/s12274-023-5539-8