近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所功能材料物理与器件研究部在钠离子电池研究方面取得新进展，实现了硬碳负极中钠离子的全吸附超快高可逆存储。相关研究成果以“Unlocking Interlayer Confinement Enables All-Slope Hard Carbon with Ultrafast and Highly Reversible Sodium Storage”为题发表在ACSNano（ACSNano,2025,DOI：10.1021/acsnano.5c14641）上。

硬碳材料的结构演化分析

钠离子电池因资源丰富、成本低廉的优势，成为锂离子电池在大规模电网储能、低速电动车等领域的重要补充，而硬碳材料是其最具应用前景的负极材料之一。不过，传统硬碳材料受“层间限域”效应制约，钠离子传输受阻导致倍率性能不足；若通过引入缺陷提升倍率，又会加剧电解液分解、增厚SEI膜，造成钠不可逆损耗，拉低初始库伦效率，高倍率与高首效的平衡成为长期困扰行业的核心难题。

为突破这一困境，研究团队独创氨基氮引导孔道构建+气相辅助热解技术，在分子层面完成硬碳材料的氮构型重组与多级孔道搭建。该技术利用NH₃热解释放的氨基官能团，与碳骨架不饱和位点发生选择性反应，将电化学不可逆的吡咯氮转化为高可逆的吡啶氮；同时诱导形成垂直贯通的多级孔道，有效缓解“层间限域”效应，打通钠离子快速传输通道。与此同时，氨基官能团还能在负极-电解质界面诱导形成梯度化学组成的超薄SEI膜，其亚表面富集的氟化物可大幅提升界面离子传输效率，显著降低钠的不可逆损耗，实现了材料结构与界面性能的协同优化。

得益于多级孔道与界面协同效应，该团队制备的硬碳负极综合性能在斜坡型硬碳材料中表现突出，多项核心指标刷新行业纪录：首次库伦效率高达94.9%，远超传统硬碳材料水平；可逆容量达到400.3mAhg^-1，满足高能量密度需求；即便在50Ag^-1的极端电流密度下，仍可保持208.2mAhg^-1的优异容量，展现出卓越的快充性能；此外，该材料还实现了9000次长循环的超高稳定性，为其商业化应用奠定坚实基础。

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