Targeted Etching Strategy to Expand Low-Voltage Plateau of Pitch-Based Hard Carbon for Sodium Storage

材料科学 碳化 化学工程 碳纤维 法拉第效率 蚀刻(微加工) 热解 电解质 纳米技术 插层(化学) 吸附 储能 炭黑 纳米孔 比表面积 相间 高原(数学) 磁滞 热解炭 负二氧化碳排放 复合材料 类金刚石
作者
Danjun Wang,Siyuan Tan,Zhiyuan Cheng,Jiahao Xing,Zhibin Wu,Jie Li,Yanqing Lai,Jingqiang Zheng,Simin Li,Zhian Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (25): 35324-35335
标识
DOI:10.1021/acsami.6c06386
摘要

To address the lack of voltage plateau, low plateau capacity, and poor cycling stability in pitch-derived carbon anodes, a hard carbon material was synthesized via CO 2 -assisted etching combined with high-temperature carbonization of preoxidized pitch. Preoxidation introduces C–O/C═O groups into pitch, suppressing its pyrolysis melting and enabling uniform nanopore formation. Subsequent CO 2 etching at 800 °C selectively expands micropores while reducing oxygen content (from 14.94% to 8.05%), and final carbonization further converts open pores into closed pores. These integrated strategies endow the material with outstanding sodium storage performance, achieving an initial Coulombic efficiency of 90%, a reversible capacity of 347.6 mAh g –1 (including a plateau capacity of 249.4 mAh g –1 ), and 87.3% capacity retention after 200 cycles at 100 mA g –1 . The enhanced stability originates from the formation of a thin solid electrolyte interphase with organic–inorganic gradient structure and a triphasic mechanism involving adsorption (>0.10 V), intercalation (0.01–0.10 V), and pore filling (<0.01 V), highlighting the critical role of closed-pore engineering of pitch-derived hard carbon for high-performance sodium-ion batteries (SIBs).
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