高性价比钠离子电池（SIBs）因资源丰富、成本低廉以及与锂离子电池相近的储能机制，被认为是大规模储能领域的重要发展方向。其中，硬碳负极凭借来源广泛、储钠电位低和循环稳定性优异等特点，成为最具应用前景的负极材料之一。然而，硬碳中丰富的微孔结构虽然有利于提升低电位平台容量，却往往伴随着较高的比表面积和缺陷浓度，易诱发电解液副反应及SEI膜过度形成，从而降低首次库仑效率（ICE）。因此，如何实现高平台容量与高ICE的协同优化，始终是硬碳负极研究的核心挑战。
近期，太原理工大学联合中国矿业大学、昆士兰科技大学、挪威东南大学等单位，在《Chemical Engineering Journal》发表题为“NaHCO3-mediated structural evolution and micropore regulation in biomass-derived hard carbon for plateau-dominated sodium storage”的研究论文。该工作提出了一种NaHCO3介导的生物质硬碳结构调控策略，通过一步热处理实现缺陷结构、层间距及微孔结构的协同演化，从而有效优化硬碳的低电位储钠行为。
研究团队首先将NaHCO3浸渍于木屑前驱体中，随后进行高温碳化处理。在热解过程中，NaHCO3通过气体释放、局部结构重构以及含氧官能团调控，实现了对硬碳微结构的温和且精准的调节，有别于传统强活化策略。随着碳化温度升高，材料的层间距、缺陷分布及微孔结构均发生显著演变，并进一步影响钠离子的存储行为。该研究为高平台容量、高首次库仑效率硬碳负极的设计提供了新的思路，也为生物质基储钠碳材料的结构调控与储钠机制研究提供了重要参考。
图1 核桃木粉末衍生硬碳的制备流程示意图以及性能比较
综上所述，本研究构建了一种NaHCO3介导的结构调控策略，实现了生物质硬碳（BHC）缺陷结构、层间距以及微孔结构的协同优化。NaHCO3在浸渍过程中首先与前驱体中的含氧官能团发生作用，并在600–1400 °C热解过程中逐步分解，进而诱导缺陷重构、层间扩张以及气体释放辅助的微孔形成。结构与电化学分析表明，H-1000样品具有约0.397 nm的层间距、以~0.65 nm为主的微孔结构以及适宜的表面缺陷特征。其中，适度扩大的层间距有利于Na⁺嵌入，而受限微孔则促进了低电位平台容量的形成，使材料在维持较高平台容量贡献的同时，实现了较高的首次库仑效率。
电化学测试结果显示，H-1000在100 mA g⁻1电流密度下可实现370.9 mAh g⁻1的初始放电容量和310.5 mAh g⁻1的可逆容量，首次库仑效率达到84%。其中，约90%的容量贡献来源于0.5 V以下低电位区域，表现出典型的平台主导型储钠特征。此外，该材料在5000 mA g⁻1高倍率下仍可保持162.9 mAh g⁻1的容量，并在1000 mA g⁻1条件下循环1000圈后维持89.7%的容量保持率，展现出优异的倍率性能和循环稳定性。
原位及非原位表征进一步揭示了与电压相关的储钠机制，主要涉及表面吸附、层间嵌入及孔填充等过程。上述研究不仅加深了对NaHCO3诱导硬碳结构演化与低电位储钠行为之间关系的理解，也为高平台、高ICE硬碳负极材料的结构设计提供了新的思路。
Yu Cui, Lingfan Guo, Cunhe Li, Wenhao Zhou, Gang Li, Han Chen, Chunli Guo, Meiqing Guo, Zijian Cai, Zhicheng Ju, Kaiying Wang, Jiaye Ye; NaHCO3-Mediated Structural Evolution and Micropore Regulation in Biomass-Derived Hard Carbon for Plateau-Dominated Sodium Storage. Chemical Engineering Journal 2026, 540, 177670
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177670
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