Synergistic CO 2 etching and carbonization induces closed-pore structures for plateau-dominant sodium storage

阳极 碳化 高原(数学) 蚀刻(微加工) 碳纤维 储能 材料科学 化学工程 纳米技术 电极 碳纳米纤维 电化学 氧化还原 工作(物理) 原位
作者
Wancheng Ren,Lei Yang,Xinyu Wang,Chenglong Qiu,Jing Shi,Jingwei Chen,Weiqian Tian,Minghua Huang,Huanlei Wang
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (11): 94908108-94908108 被引量:3
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94908108
摘要

Hard carbon is widely regarded as one of the most promising anode materials for sodium-ion batteries (SIBs), yet achieving high energy density requires a significant enhancement of the low-voltage plateau capacity near ≈0.1 V (vs. Na⁺/Na). Although closed-pore structures dominate plateau storage, their formation mechanisms remain elusive. We present a synergistic strategy combining CO2 etching with high-temperature carbonization to systematically elucidate the evolution of closed pores and their influence on sodium storage behavior. CO2 etching generates open pores that reorganize into closed pores during secondary treatment. Crucially, precursor selection dictates closed-pore density, with N-rich chitosan-derived hard carbon developing denser closed-pore architecture than exclusively O-doped precursors. The optimized hard carbon anode delivers a high reversible capacity of 388.8 mAh g-1 at 0.05 A g-1, with excellent cycling stability (83.8% capacity retention after 800 cycles at 0.5 A g-1). In situ and ex situ analyses demonstrate that Na+ ions reversibly fill the engineered closed pores, accounting for over 200 mAh g-1 (approximately 57% of the total reversible capacity) via a plateau-dominated storage. Consequently, full cells assembled with this optimized hard carbon anode achieve an energy density of 165.2 Wh kg-1. This work offers new mechanistic insights into pore evolution and provides a practical route for tailoring high-performance hard carbon anodes for next-generation SIBs.
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