國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》(Joule)在線發(fā)表了華中科技大學(xué)材料學(xué)院黃云輝姚永剛教授與武大方永進(jìn)教授、浙大朱書澤教授合作的最新研究成果，為高性能電池負(fù)極材料的精準(zhǔn)智能開發(fā)提供了新的思路和方法。論文題為“Interlayer-Expanded Carbon Anodes with Exceptional Rate and Long-term Cycling via Kinetically Decoupled Carbonization”。我校材料學(xué)院及材料成形與模具技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一完成單位及第一通訊單位，碩士生程志恒和博士后張豪為論文共同第一作者。
 

　　碳基負(fù)極具有低成本、高容量等優(yōu)勢(shì)，在鈉離子電池負(fù)極領(lǐng)域得到廣泛研究。常用碳基負(fù)極包括硬碳和軟碳：硬碳負(fù)極充放電平臺(tái)電壓平臺(tái)低、在大電流密度下性能衰減嚴(yán)重且有較大的安全隱患(鈉枝晶等問題)；軟碳負(fù)極安全性好但容量及能量密度低。因此，如何基于科學(xué)理解實(shí)現(xiàn)碳負(fù)極微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控是設(shè)計(jì)高性能鈉電負(fù)極面臨的核心難題。
 

　　團(tuán)隊(duì)提出利用碳化過程(石墨微晶生長(zhǎng)，較快)和石墨化過程(石墨微晶片層收縮，較慢)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異，在短時(shí)的高溫處理下(1950℃，22s)快速碳化并限制石墨片層間距收縮，從而可控制備高性能膨脹碳負(fù)極的新策略。為設(shè)計(jì)和應(yīng)用高性能鈉離子電池開辟了一條新路徑。
 

圖為動(dòng)力學(xué)解耦碳化
 

　　團(tuán)隊(duì)全面對(duì)比了膨脹碳與商業(yè)硬碳和軟碳的電化學(xué)性能，數(shù)據(jù)充分表明了膨脹碳在高性能鈉離子電池負(fù)極中的巨大應(yīng)用潛力。
 

圖為電化學(xué)性能
 

　　該策略在其他的前驅(qū)體中也得到了驗(yàn)證。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還依據(jù)隧道爐設(shè)計(jì)了宏量制備的裝置，并對(duì)其能耗，成本，供應(yīng)鏈，性能進(jìn)行了全方位對(duì)比，為該成果的落地轉(zhuǎn)化指明了方向。
 

圖為放大與規(guī)模化
 

　　華中科技大學(xué)材料學(xué)院一直以來注重研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，通過搭建高水平科研平臺(tái)、鼓勵(lì)學(xué)生參與前沿課題研究等方式，為學(xué)生提供了良好的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)環(huán)境，力爭(zhēng)為國(guó)家科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步培養(yǎng)更多優(yōu)秀的創(chuàng)新型人才。