Na和K是资源丰富且分布广泛的元素，应用于碱金属离子电池可以确保大规模储能系统市场的可持续、低成本和稳定增长。但是，Na⁺和K⁺的半径较大，导致本身嵌/脱动力学过程较慢，且电极材料在碱金属离子反复嵌/脱过程中会承受较大的机械应力，造成体积变化和结构破坏问题更为严重，容量迅速降低。目前，研究人员开发了很多材料用作钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（KIBs）的阳极，其中由无序石墨微晶体组成的硬碳材料表现出优异的电化学性能。例如，其较高的比容量，较低的工作电位和出色的循环性能引起了研究人员的高度关注。另一方面，自然界中的生物质具有多种来源，可以提供丰富放的前驱体材料。从产业经济学的角度出发，生物质衍生的硬碳材料具有巨大的发展潜力。

为了获得更高的比容量，研究人员经常使用更复杂的制备工艺对材料进行改进，这将增加工业生产的难度和成本。同时，研究发现SIBs和KIBs中硬碳材料的充/放电曲线相似，但关于储能机理的讨论相对较少，给材料改性研究带来了太多不确定性。

近日，厦门大学孙世刚院士和昆明理工大学张英杰教授、李雪副教授以自然界的荷花玉兰树叶为前驱体，结合简单的热解和除杂工艺，获得了生物质衍生的硬碳材料（CMGL）。用作SIBs和KIBs阳极时展现出优异的电化学性能，可逆比容量分别为315和263.5 mAh/g，即使在2000 mA/g的大倍率下循环2000次，也具有良好的容量保持率。此外，采用不同的电化学分析方法和微观结构表征技术，进一步阐明了CMGL的钠/钾储存机理。实验结果表明，高电位斜坡区域对应于碱金属离子在材料表面的吸附特征，而低电位准平台区域则属于碱金属离子在石墨微晶层间的嵌入行为，即“吸附-嵌入”模型。论文以“Elucidating electrochemical intercalation mechanisms of biomass-derived hard carbon in sodium-/potassium-ion batteries”为题发表在Carbon Energy上。

04 图文解析