2025年1月21日，国际能源领域顶级期刊《焦耳》（Joule）刊发了我校黄云辉教授、姚永刚教授与武汉大学方永进教授、浙江大学朱书泽教授合作完成的钠离子电池高容量超快充负极研究成果，论文题目为“动力学解耦碳化制备高倍率、长循环膨胀碳负极“（Interlayer-Expanded Carbon Anodes with Exceptional Rate and Long-term Cycling via Kinetically Decoupled Carbonization）。该成果为高性能电池负极材料的精准智能开发提供了新的思路和方法。我校材料科学与工程学院、材料成形与模具技术全国重点实验室为论文第一完成单位和第一通讯单位，硕士生程志恒和博士后张豪为论文共同第一作者。

碳基负极具有低成本、高容量等优势，在钠离子电池负极领域得到广泛研究。常用碳基负极包括硬碳和软碳：硬碳负极充放电平台电压平台低、在大电流密度下性能衰减严重且有较大的安全隐患（钠枝晶等问题）；软碳负极安全性好但容量及能量密度低。因此，如何基于科学理解实现碳负极微结构的精准调控是设计高性能钠电负极面临的核心难题。

团队提出利用碳化过程（石墨微晶生长，较快）和石墨化过程（石墨微晶片层收缩，较慢）的动力学参数差异，在短时高温处理下（1950 ℃，22 s）快速碳化并限制石墨片层间距收缩，从而可控制备高性能膨胀碳负极的新策略。为设计和应用高性能钠离子电池开辟了一条新路径。

图1  动力学解耦碳化

团队全面对比了膨胀碳与商业硬碳和软碳的电化学性能，数据充分表明了膨胀碳在高性能钠离子电池负极中的巨大应用潜力。

图2  电化学性能

该策略在其他的前驱体中也得到了验证。同时，团队还依据隧道炉设计了宏量制备的装置，并对其能耗，成本，供应链，性能进行了全方位对比，为该成果的落地转化指明了方向。

图3  放大与规模化

 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435124005488