随着全球能源需求的增长，特别是电动汽车和储能系统的兴起，高效、可持续的能源存储技术变得愈发重要。钠离子电池（SIBs）因成本低廉和钠资源丰富，逐渐成为锂离子电池的有力竞争者。然而，钠离子电池的负极材料在能量存储性能方面仍面临挑战。为此，科研人员开发了一种新型氮/氧共掺杂的酚醛树脂硬碳微球（N/O-HC-1200），显著提升了储钠性能，为钠离子电池的商业化应用提供了新路径。
硬碳材料的双面性：优势与挑战并存
硬碳作为钠离子电池的负极材料，具有良好的结构稳定性、低成本和环保性。但传统硬碳材料存在两大问题：一是钠离子存储能力有限，结构过于规则，限制了钠离子的存储；二是高温煅烧过程中产生大量表面缺陷，导致初始库伦效率（ICE）低，影响电池性能。
氮/氧共掺杂的创新方法
为解决上述问题，研究人员采用氮/氧共掺杂的方法，利用酚醛树脂和三聚氰胺进行交联处理。具体步骤如下：酚醛树脂溶解于乙醇中，与三聚氰胺溶液混合，经溶剂热处理（180°C，8小时）形成均匀交联结构。三聚氰胺中的氮源与酚醛树脂交联，调节材料微观结构。随后，交联产物在高温下热解，促进氮、氧等异质原子掺入，增强表面活性，提供更多的钠离子存储位点，减少表面缺陷，提高初始库伦效率（ICE）。
优异的储钠性能
N/O-HC-1200在0.1C的电流密度下，实现了319.7 mAh/g的可逆容量，初始库伦效率高达81.6%，远超传统酚醛树脂热解硬碳（PR-1200）的236.3 mAh/g和31.6%。此外，N/O-HC-1200在1C的电流密度下，经过1000次循环后，容量保持在253.9 mAh/g，显示出优秀的循环稳定性和倍率性能。即使在50C的高倍率下，仍能保持70 mAh/g的容量，表现出强大的充放电速率能力。
钠离子全电池的表现
N/O-HC-1200与钠铁镍锰氧化物（NaFe₁/₃Ni₁/₃Mn₁/₃O₂）正极材料组合，构建了钠离子全电池。测试结果表明，该全电池能量密度达247.6 Wh/kg，高倍率下性能优异，50C时仍保持70 mAh/g的容量，展示了良好的快速充放电能力。
展望与结语
这项研究通过氮/氧共掺杂策略，成功克服了传统硬碳材料的局限，显著提升了储钠性能和循环稳定性。N/O-HC-1200的出现，为钠离子电池在高能量密度、长循环寿命和高倍率充放电能力方面的发展提供了新的可能。未来，随着进一步优化，氮/氧共掺杂硬碳材料有望在钠离子电池及其他能源存储设备中广泛应用，特别是在电动汽车和大规模储能系统中，推动钠离子电池技术的实际应用和新能源领域的快速发展。
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