鈉離子電池因資源豐富、成本低廉及低溫性能優(yōu)異，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域極具潛力，但其商業(yè)化進(jìn)程受限于高性能負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)。硬碳材料雖具備高容量和低工作電位等優(yōu)勢(shì)，但其儲(chǔ)鈉性能與微觀(guān)結(jié)構(gòu)（層間距、曲率、缺陷）的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚不明確，學(xué)術(shù)界對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的臨界值（如層間距閾值）、缺陷作用、曲率大小等仍存在爭(zhēng)議。如何通過(guò)多參數(shù)協(xié)同調(diào)控實(shí)現(xiàn)高容量、高首效的硬碳材料，是當(dāng)前研究的核心挑戰(zhàn)。

近日，我?；膶W(xué)院侴術(shù)雷、吳星樵、譚歆團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)余彥教授等人，通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，首次提出硬碳儲(chǔ)鈉的“層間距-曲率-缺陷”協(xié)同作用機(jī)制和耦合關(guān)鍵結(jié)構(gòu)描述符設(shè)計(jì)高質(zhì)量插層鈉電負(fù)極材料的新理念：通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行前瞻性設(shè)計(jì)，結(jié)合熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)原位分子優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)硬碳結(jié)構(gòu)的定向制備，驗(yàn)證了酯類(lèi)儲(chǔ)鈉性能趨勢(shì)與理論預(yù)測(cè)的一致性，并成功實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；糯?。

該工作通過(guò)密度泛函理論（DFT）耦合層間距、曲率和含氧缺陷三要素，建立“雙關(guān)卡”模型。證明了層間距≥0.38 nm時(shí)，鈉離子擴(kuò)散能壘顯著降低；曲率過(guò)大會(huì)阻礙傳輸。同時(shí)，含氧缺陷的彎曲石墨層可將鈉吸附能優(yōu)化至-2.0~-1.2 eV，提升可逆容量。

此項(xiàng)工作以Unraveling Structure-performance Relationship in Hard Carbon for Sodium-ion Battery by Coupling Key Structural Parameters為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊Energy & Environmental Science上，溫州大學(xué)作為第一單位，侴術(shù)雷教授，譚歆教授，余彥教授，吳星樵老師為通訊作者。該研究工作由博士后吳春、2024屆碩士畢業(yè)生楊云銳、2023級(jí)碩士研究生黎一凡、上海大學(xué)/溫州大學(xué)聯(lián)培博士何祥喜完成。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，中國(guó)高端外國(guó)專(zhuān)家招聘計(jì)劃，國(guó)家重點(diǎn)浙江省自然科學(xué)基金中國(guó)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，安徽省科技計(jì)劃項(xiàng)目，重點(diǎn)浙江省研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，溫州自然科學(xué)基金等資助。

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