武汉理工大学联合悉尼科技大学、上海交通大学团队通过创新性设计单基元双连续结构硬碳材料，成功攻克钠离子电池负极传输动力学瓶颈。该材料具有三维互联的"卡片屋"纳米网络结构，层间距达4.0?，在10A/g高电流密度下仍保持172mAh/g容量，1分钟即可完成充电，且经历10万次循环后容量保持率仍达80%，创下目前公开报道的最高循环寿命纪录。研究首次明确该材料存在表面吸附、层间嵌入和纳米孔填充三阶段储钠机制，并证实其形成的超薄无机富SEI层能有效减少电解液消耗。匹配NVP正极的全电池展示出85%初始库伦效率和92%的500次循环容量保持率，为低成本、高安全钠离子电池的实用化奠定基础。
钠离子电池（SIBs）因其成本低廉和资源丰富而备受关注，但其实际应用面临初始循环中高不可逆容量损失、倍率性能差以及结构不稳定等问题。硬碳（HC）作为负极材料，尽管具有低氧化还原电位、优异热稳定性和较小的循环体积膨胀等优势，但在高电流密度下扩散动力学差、活性材料利用率低、倍率容量低及循环稳定性不佳等问题依然存在。 针对这些挑战，武汉理工大学安琴友、悉尼科技大学汪国秀、上海交通大学麦亦勇和徐富贵团队提出了一种创新的硬碳微观结构工程策略，制备出具有单基元（SP）双连续结构的硬碳材料（SP–HC）。
该材料以聚合物立方相（PC）为模板，通过3–氨基苯酚单体与PC的PEO端基形成氢键，在PC开放通道内聚合形成PC@树脂复合物，随后在1300℃氩气氛围下热解去除模板，最终得到具有“卡片屋”结构、鞍形表面、层间距为4.0?且平均纳米孔径为3.2nm的SP–HC。 SP–HC的双连续结构引入大量本征缺陷以增加钠吸附活性位点，提升可逆容量至418.3mAh g-1，同时增大无序碳区域比例、扩大层间距以促进Na?快速嵌入，并实现高效传质。在10A g-1高电流密度下展现出172mAh g-1的优异倍率性能，经过100000次循环后仍能保持80mAh g-1的容量，表现出优异的循环稳定性。此外，研究还明确了SP–HC存在三个钠存储过程，并证实双连续结构可优化硬碳电子结构，提升Na+吸附能，同时形成薄且均匀的无机富SEI层以减少电解液消耗。 将SP–HC作为负极与NVP正极组装成全电池，其初始库伦效率达85%，50次循环后容量保持率94.5%，在1A g-1下500次循环容量保持率92%，充分验证了SP–HC在SIBs中的实际应用潜力。该成果发表在《ADVANCED MATERIALS》期刊，题为“Bicontinuous Structure Mediated Microstructural Engineering of Hard Carbon for Enhanced Sodium Storage”。
论文信息：
Tang, C., Zhang, W., Zhang, Y., An, Q., Xu, F., Wang, G., Mai, Y., & Bakker, E. (2025). Bicontinuous structure mediated microstructural engineering of hard carbon for enhanced sodium storage. Advanced Materials, e11632.
