國際學術期刊《焦耳》(Joule)在線發表了華中科技大學材料學院黃云輝姚永剛教授與武大方永進教授、浙大朱書澤教授合作的最新研究成果，為高性能電池負極材料的精準智能開發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”。我校材料學院及材料成形與模具技術全國重點實驗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。
 

　　碳基負極具有低成本、高容量等優勢，在鈉離子電池負極領域得到廣泛研究。常用碳基負極包括硬碳和軟碳：硬碳負極充放電平臺電壓平臺低、在大電流密度下性能衰減嚴重且有較大的安全隱患(鈉枝晶等問題)；軟碳負極安全性好但容量及能量密度低。因此，如何基于科學理解實現碳負極微結構的精準調控是設計高性能鈉電負極面臨的核心難題。
 

　　團隊提出利用碳化過程(石墨微晶生長，較快)和石墨化過程(石墨微晶片層收縮，較慢)的動力學參數差異，在短時的高溫處理下(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極的新策略。為設計和應用高性能鈉離子電池開辟了一條新路徑。
 

圖為動力學解耦碳化
 

　　團隊全面對比了膨脹碳與商業硬碳和軟碳的電化學性能，數據充分表明了膨脹碳在高性能鈉離子電池負極中的巨大應用潛力。
 

圖為電化學性能
 

　　該策略在其他的前驅體中也得到了驗證。同時，團隊還依據隧道爐設計了宏量制備的裝置，并對其能耗，成本，供應鏈，性能進行了全方位對比，為該成果的落地轉化指明了方向。
 

圖為放大與規?；?br />  

　　華中科技大學材料學院一直以來注重研究生的創新能力培養，通過搭建高水平科研平臺、鼓勵學生參與前沿課題研究等方式，為學生提供了良好的學術成長環境，力爭為國家科技發展和社會進步培養更多優秀的創新型人才。