Ultramicropore-Confined Solvation and Interphase Regulation Unlock High-Performance Hard Carbon Anodes for Sodium-Ion Batteries

相间 法拉第效率 化学工程 吸附 阳极 电解质 溶剂化 动力学 碳纤维 化学 材料科学 溶剂 分子 工作(物理) 高原(数学) 纳米技术 催化作用 相(物质)
作者
Siyuan Tan,Zhiyuan Cheng,Jiahao Xing,Jingkai Gao,Z Huang,Hongshuai Hou,Zhongliang Tian,Yanqing Lai,Jie Li,Simin Li,Xiaobo Ji
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1007/s40820-026-02300-x
摘要

Abstract Hard carbon (HC) anodes are promising for sodium-ion batteries, yet achieving high initial Coulombic efficiency (ICE), large plateau contribution, and fast charge-transfer kinetics remains challenging due to insufficient control of micro–nanostructure and interphase chemistry. Here, we present a precursor-level molecular engineering strategy that simultaneously regulates sodium desolvation and interphase chemistry in HC. An iodine-mediated oxidative cross-linking process converts starch into spherical HC with uniformly distributed ultramicropores and carbonyl-rich surfaces. These nanoconfined pores are proposed to act as molecular sieves, preferentially excluding bulky solvent molecules while allowing PF 6 − -coordinated Na + access, thereby favoring anion-enriched electrolyte structures under confinement. Surface carbonyls exhibit strong PF 6 − affinity, which may promote fluorine-rich inorganic interphases on pore surfaces. The synergistic effects of anion-selective adsorption and confined desolvation are suggested to favor thin and robust NaF-rich interphases at external surfaces and within nanoconfined pore regions, contributing to reversible interfacial reactions and rapid Na + storage kinetics. Consequently, the HC delivers an ICE of 88.4%, a reversible capacity of 352.9 mAh g −1 at 0.1C, excellent rate capability (288.9 mAh g −1 at 5C), and 95.6% capacity retention over 200 cycles. This work offers a molecular-level design paradigm integrating efficiency, capacity, and kinetics in HC anodes.
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