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，科研工作者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，具有巨大的发展潜力。

昆明理工大学冶金与能源工程学院锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室张英杰教授和李雪教授联合厦门大学孙世刚院士等人，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。得益于主体的分层多孔结构、表面丰富含氧官能团以及扩大的石墨微晶片层间距，材料展现出较高的可逆容量和优异的循环稳定性。用作SIBs和KIBs阳极时的可逆比容量分别为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。

针对存在争议的钠/钾储存机制问题，该研究采用恒电流间歇滴定技术（GITT）、各种扫描速率循环伏安法（CV）、原位X射线衍射仪（in situ XRD）、原位拉曼光谱（in situ Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等表征方法，进一步阐明了材料的电化学储能行为。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。这项工作为设计更多高容量阳极材料提供了新的研究思路。

相关成果近日以“Elucidating electrochemical intercalation mechanisms of biomass‐derived hard carbon in sodium‐/potassium‐ion batteries”为题以封底文章形式发表在中国高起点新刊Carbon Energy上，昆明理工大学为论文第一完成单位。

（供稿：锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室）