Solvation‐Pore Coupling Governs Fast Na Storage in Hard Carbon Anodes

阳极 电解质 材料科学 碳纤维 离子键合 化学工程 溶剂化 微型多孔材料 离子 动力学 限制 化学物理 动能 纳米技术 离子电导率 无机化学 化学 联轴节(管道)
作者
Yuan Tu,贺俊双,Sheng Dai,Xueqian Kong,S Wang,Huilin Pan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e74104-e74104
标识
DOI:10.1002/smll.74104
摘要

ABSTRACT Hard carbon (HC) is widely regarded as the most promising anode for sodium (Na)‐ion batteries (NIBs), yet its fast‐charging capability is intrinsically limited by sluggish Na + insertion and transport within disordered micropores. Here, we elucidate how Na + solvation structures regulate pore‐entry barriers and intra‐pore transport, thereby dictating Na‐storage chemistry and kinetics in HC. Using hard carbon spheres (HCSs) with well‐defined micropore architectures, we show that ether‐based electrolytes enable a micropore‐mediated partial desolvation pathway that accelerates Na + insertion and promotes the formation of quasi‐metallic Na clusters/layers within HC featuring a broad pore‐size distribution. In contrast, carbonate electrolytes induce deeper desolvation and sluggish Na + diffusion, suppressing quasi‐metallic Na formation and severely limiting high‐rate performance. Comprehensive 23 Na MAS solid‐state NMR (ssNMR) reveals a discontinuous, phase‐transition‐like transformation from ionic to quasi‐metallic Na at deep sodiation, driven by enhanced Na‐carbon electronic coupling. These results uncover a solvation‐pore‐coupled kinetic mechanism governing fast Na storage in HC, providing rational design principles for high‐rate and long‐life HC anodes via coordinated regulation of pore structure and interfacial desolvation chemistry.
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