900°C thermal-force coupling carbonization tailoring hard carbon microstructures enables high performance sodium-ion pouch batteries

碳化 材料科学 碳纤维 储能 微观结构 纳米技术 工作(物理) 联轴节(管道) 化学工程 还原(数学) 能源消耗 扩散 工艺工程 生物量(生态学) 约束(计算机辅助设计) 增强碳-碳 碳捕获和储存(时间表) 钠 动力学
作者
Zongfu Sun,Huawei Liu,Yihao Cheng,Huan Li,Zhiyuan Han,Ying Tang,Xiang Zhang,Chunsheng Shi,Fang He,Yuting Yang,Biao Chen,Chunnian He
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-026-77440-0
摘要

Abstract Hard carbon materials are promising candidates for advancing large-scale energy storage in sodium-ion batteries. However, a fundamental trade-off often exists between sodium storage sites and fast diffusion kinetics in hard carbon. Herein, we overturn this long-standing constraint through a machine learning design paradigm and low-temperature thermal-force coupling carbonization that enables the microstructure in hard carbon of both abundant sodium storage sites and rapid Na + diffusion. Benefiting from this low-temperature construction, the sodium-ion pouch cell exhibits a high specific energy (based on the entire cell) of 208.1 Wh kg −1 at 1.5-4.3 V. Besides, the required carbonization temperature reduces from 1300 °C to 900 °C, leading to an energy consumption reduction of 49.7% and a carbon emission reduction of 47.5%. This work not only provides a double-field regulation strategy to prepare high-performance hard carbon under low temperature, but also contributes a viable pathway toward sustainable sodium-ion batteries.
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