Enabling Plateau‐Dominated Sodium Storage in Dual‐Doped Hard Carbon via Industrial‐Scale Engineering

材料科学 杂原子 高原(数学) 碳纤维 阳极 法拉第效率 储能 化学工程 工作(物理) 微晶 石墨 纳米技术 兴奋剂 锂(药物) 航程(航空) 离子 吸附 密度泛函理论
作者
Qi Wang,Tingzhen Li,Zhenhua Dai,Linxin Zhong,Zhenzhen Wu,Shanqing Zhang,Zhaoqing Liu,Emmanuel Iwuoha,Reverant Crispin,Usisipho Feleni,Jun Lu,Xinwen Peng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.76839
摘要

ABSTRACT Hard carbon (HC) has emerged as a key anode for sodium‐ion batteries (SIBs) due to its unique microcrystalline graphite regions and nanocavity structures. However, its relatively low plateau reversible capacity limits the energy density of SIBs. While conventional heteroatom doping can improve capacity, it often leads to low initial coulombic efficiency (ICE) and shifts the high capacity to the slope region. To overcome this, we develop a novel industrial‐level heteroatom dual‐doped strategy. By optimizing the dual‐doped structure, we significantly enhance the Na + ions adsorption and migration in the plateau region, leading to high reversible capacity (394 mAh/g) and high ICE (89%). We further reveal a coupled sodium storage mechanism during plateau sodiation. This mechanism involves both pore filling and interlayer embedding. The coexistence of these two processes explains the improved plateau capacity. The kilogram‐scale HC shows stable performance over a wide temperature range in cylindrical full cells. Life cycle assessment shows a lower environmental impact than conventional graphite. Techno‐economic analysis confirms competitive cost and good economic potential. This work provides a practical route toward high‐energy, sustainable, and cost‐effective SIBs for wide‐temperature applications.
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