钠离子电池以其优异的低温性能和快充能力已逐渐发展成为电化学领域中的重要储能设备，并被认为是推动实现“双碳”目标的关键技术之一。在诸多电极材料中，具有丰富微观结构和较大层间距的硬碳材料备受关注，是目前钠离子电池最适宜的负极候选材料，具有广阔的应用前景。然而，有限的储钠容量和缓慢的储钠动力学制约着硬碳的大规模商业化进程。针对这一问题，大量工作聚焦硬碳内赝石墨微晶层间距的调控及元素掺杂以提高储钠容量和倍率性能，尽管硬碳的平台容量和斜坡容量均有一定提升，但储钠位点仍十分有限，且容量与首效的关系仍难以到达平衡。因此，如何有效丰富低电压段的嵌钠位点并同步加快钠离子的传输速率是发展高性能硬碳负极亟待解决的问题。

本文采用熔融盐催化石墨化的策略，有效诱导硬碳材料中赝石墨微晶的生长及碳材料的石墨化度，在确保钠离子可以自由脱嵌的同时丰富储钠位点，增加了储钠容量；同时还改善了硬碳材料的电子导电性，加速了储钠动力学，最终实现储钠性能的综合提升。

本研究以生物质原料作为前驱体，利用氯化钾（KCl）溶液对其进行浸渍预处理，并在高温煅烧过程中发挥熔融KCl的温和催化石墨化作用，从而得到具有丰富赝石墨结构的硬碳材料。通过改变KCl溶液的浓度调控硬碳中的赝石墨微晶，微观结构表征及理论计算结果表明，随着KCl浓度的提升，赝石墨微晶的层间距逐渐减小，且微晶尺寸逐渐增大，证实了KCl的催化石墨化作用。此外，适宜的KCl浓度可以在保证层间距适宜钠离子嵌入的同时，实现更多的嵌钠位点。电化学性能测试结果显示，温和催化条件下优化的赝石墨等微观结构实现了高首效（80%）、高储钠容量（320mAh g^-1 @0.02 A g^-1）和高倍率性能（138mAh g^-1 @2 A g^-1），这些优异的储钠特性得益于硬碳材料表面结构的优化、内部插层位点的增加及整体电子导电性的提升。此外，密度泛函理论计算和电化学-原位拉曼技术全面解析了储钠行为和机理，证实了所制备的硬碳遵循“吸附-插层”机制，并建立了硬碳结构与储钠性能的内在构效关系。这项研究为开发具有高平台容量的硬碳材料提供了新范式，并对加速储钠硬碳的大规模市场化应用具有重要意义。

图1 (a)硬碳的制备示意图及不同盐浓度下硬碳的微观结构演变；(b-e) HR-TEM图像(插图为对应的SAED)，(f) XRD谱图特征峰的拟合，(g)Raman光谱图特征峰的拟合。

图2 （a）N2吸脱附曲线；（b）孔径分布；（c-d）XPS谱图高分辨C 1s的拟合。

图3 （a）CV曲线；（b）循环稳定性；（c）充放电曲线；（d）斜坡/平台容量对比；（e）倍率性能；（f）EIS谱图；（g）HCK-1的长循环稳定性。

图4 （a）不同扫速下的CV曲线；（b）峰值电流-扫速平方根拟合曲线；（c）钠离子在氧化还原电位下的扩散系数；（d）充放电过程中的扩散系数；（e-f）HCK-1的原位EIS谱图。

图5 （a）有/无缺陷碳模型与钠离子间的吸附能；（b-c）钠离子在不同碳模型中的迁移路径及迁移能垒；（d）HCK-1电极的原位Raman谱图及对应的充放电曲线。

图6 （a）钠离子全电池示意图；（b）循环稳定性；（c）倍率性能；（d）充放电曲线。

王建淦，西北工业大学教授，博士生导师。主要从事锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池等二次电池关键电极材料与器件的基础应用研究。迄今以通讯/第一作者在Energy Environ. Sci., Prog. Mater. Sci, Mater. Today, Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Energy Storage Mater., Nano Lett., ACS Nano等国际高水平刊物上发表论文130余篇，论文引用9000余次，h指数53。

Hou Z, Jiang M, Lei D, et al. Regulation of pseudographitic carbon domain to boost sodium energy storage. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6448-1.