8000次，75%！上海交通大学马紫峰，AEM：生物质废弃物衍生硬碳作为钠电负极！
随着全球丰富的钠资源和低成本，钠离子电池（SIBs）是下一代最有前途的电化学储能（EES）设备，用于高科技电动汽车、便携式电子设备和电网规模能量储存应用。为了实现SIBs的实际应用，人们已经投入了大量努力寻找能够确保稳定循环和足够可逆容量的匹配电极材料。
在此，上海交通大学马紫峰团队采用水热碳化路线作为橡树叶（OL）生物废物前体的可调预处理过程，然后进行高温处理，以生产高性能的硬碳（HC）负极。研究发现水热预碳化处理可以调节和稳定OLHC的特性，从而实现光滑的球形形态，具有紧凑的堆积密度（0.72 g mL−1）、层状扩展的石墨区域（d002 ≈ 0.394 nm）、高度发达的微/介孔结构，并引入了更多的活性位点，包括缺陷和纳米空位，这可以提升整体的钠离子储存性能。
电化学结果表明，通过水热预碳化处理，然后进行高温后处理（H-OLHC-1300 ℃）制备的OLHC比通过直接碳化（D-OLHC1300 ℃）制备的性能更优，展现出高可逆容量（0.1 C时为378 mAh g−1；1C = 200 mAh g−1）、优越的倍率性能（10 C时为272.9 mAh g−1）、显著的循环性能（在0.1C/1C/10 C下经过100/1200/8000个循环后可逆容量分别为97%/88%/75%）以及良好的初始库仑效率（ICE）（85%）。
总之，该工作展示了合成条件（即，水热预碳化和直接碳化）在调节橡树叶（OL）生物质废弃物衍生的硬碳（HC）的结构和电化学钠离子（Na+）储存性能中的关键作用。研究发现预水热调节的OLHC可以稳定基于微/介孔球形颗粒的形态，具有紧凑的堆积密度（0.72 g mL−1），并引入额外的活性位点，包括缺陷、纳米空位和表面富集的含氧官能团，这些位点显示出不均匀的表面恒流势和较低的Na+吸附活化能，从而产生富含PF6−/NaF的薄层核壳状SEI调节，具有有机-无机组成。
基于此，经过水热预处理的OLHC衍生的负极（H-OLHC-1300℃）比通过直接碳化（D-OLHC-1300℃）制备的性能更优，展现出高可逆容量、优越的倍率性能、显著的循环性能以及合理的初始库仑效率。因此，该工作为从植物叶片生物质废弃物中开发具有真正可持续性改善性能的先进硬碳提供了系统性的理解，并为SIBs的应用提供了新的方向。
Unveiling the Critical Role of Pre‐Hydrothermal Effect in Plant Biowaste‐Derived Hard Carbon for Superior Rate Capability and Cycle Life in Sodium‐Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202403142
