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硬碳是经高温处理后不会石墨化的碳，其内部晶体摆放无序、层间隔大，这使得硬碳负极在平等体积下能够贮存更多的电荷，提高了钠离子电池的能量密度和续航才能。在放电过程中硬碳负极的胀大缩短愈加均匀，增加了其循环稳定性、充放电功能，并延长了钠离子电池的循环使用寿数。
跟着太阳能、风能等可再生动力发电量的敏捷扩展，对储能电池新资料的研讨也在不断深化。在第十五届深圳我国国际电池技能展览会上，有企业发布了新一代钠离子电池硬碳负极资料，其初次充放电功率能够到达90%。
我国钠资源丰厚，钠离子电池被以为是最适合规划储能的新式电池，并有望缓解因锂资源缺少以及散布不均所引发的储能开展受限等问题。与其他钠离子电池负极资料比较，硬碳资料有何优势？我国硬碳资料工业开展现状怎么？间隔大规划使用，还有多远的路要走？带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家。
钠离子电池首要由正极、负极、电解液、隔阂等组成，其作业原理与锂离子电池类似。钠离子电池负极资料作为电池储钠的主体，在充放电过程中，完结钠离子的嵌入或脱出，因而电池的容量与负极贮存钠离子的才能呈正相关，负极资料的挑选对钠离子电池的开展具有决定性效果。
中南大学教授周向阳说，从钠离子电池负极资料分类来看，大致可分为五类。一是碳基负极资料，首要包含石墨类、无定形碳、纳米碳等，其间无定形碳最有或许首要完结工业化；二是合金类负极资料，理论容量高，但电子嵌钠后体积胀大严峻，循环功能差；三是金属氧化物及硫化物基负极资料，理论容量高，但导电性差；四是嵌入型的钛基负极资料，体积改动小但容量低；五是有机类负极资料，本钱低，但导电性差且易溶解于电解液。
碳基负极资料具有超卓的导电性，一起制备办法灵敏、本钱低价、环境友好，成为钠离子电池负极资料的首要挑选。其间，无定形碳中的硬碳、软碳资料被以为是具有潜力的钠离子电池负极资料。软碳是指经高温处理后能够石墨化的碳，通常以低本钱的无烟煤作为前驱体加工制作取得，但其储钠比容量低、充电速度较慢、低温功能较差。
硬碳是经高温处理后不会石墨化的碳，其内部晶体摆放无序、层间隔大，这使得硬碳负极在平等体积下能够贮存更多的电荷，提高了电池的能量密度和续航才能。因为硬碳的孔隙结构更大，能够包容更多钠离子，因而在放电过程中电极的胀大缩短愈加均匀，增加了硬碳负极的循环稳定性、充放电功能，并延长了钠离子电池的循环使用寿数。
周向阳说，经过比照不同品种的碳负极资料功能能够发现，硬碳是现在钠离子电池商品化使用时，负极资料的首选解决方案，有望首要完结工业化。
“硬碳前驱体原资料来历丰厚，前驱体挑选和工艺技能堆集是硬碳负极资料开发的关键因素。”周向阳说。
制备硬碳资料的前驱体常见的有生物质、合成聚合物和化石燃料等，不同前驱体制备的硬碳资料具有明显的功能差异，因为前驱体质料来历不同，硬碳资料本钱构成也有明显不同。其间，生物质的原资料来历广泛，如椰壳、果壳、蜜柚皮、动植物安排等，本钱相对较低，成为当时制备硬碳资料的首选。合成聚合物首要包含酚醛树脂、聚丙烯腈等化学合成资料，其电化学功能好、质料可控、产品一致性好，但本钱较高。化石燃料首要包含沥青、煤焦油及相关混合物，质料来历广泛本钱低，但产品容量较低，因为沥青等含有的挥发性物质较多，在出产过程中需求进行额定的废气、废水处理，因而增加了出产本钱。
现在，硬碳制备工艺多路并行，不断有硬碳负极资料被开发出来。例如我国科学院山西煤炭化学研讨所陈成猛研讨员领衔的团队，经过化学反响把淀粉制备成硬碳负极资料，其效果宣告在学术期刊《动力存储资料》上。
怎么把淀粉制备成硬碳？其流程大致可分为三个过程：首要使用玉米淀粉和马来酸酐制备成富含氧元素的酯化淀粉；然后在反响炉中输入氢气与氩气的混合气体，其与酯化淀粉进行氢气复原反响，反响产品淀粉用作终究产品的前驱体；最后用氩气作为维护气，对淀粉前驱体在1100℃下进行高温碳化反响，完结硬碳资料的制备。
陈成猛团队还经过改动管式炉中的反响温度，调理反响产品前驱体中氧元素含量，完结了对硬碳微观结构的调控，证明了氧元素含量对硬碳负极资料电化学功能的影响等。
陈成猛着重，尽管团队的研讨为后续进行高功能硬碳资料的开发奠定了根底，但仍然需求深化探究该资料的微观结构与电化学性质等。
此外，复旦大学夏永姚教授等将果壳类生物质资料顺次浸入盐酸醇溶液、硫酸溶液中并拌和，得到悬浮液；再将悬浮液在水中涣散、过滤枯燥得到前驱体。他们将前驱体在惰性气体维护下升温进行预碳化处理，冷却后球磨，得到预碳粉；又将预碳粉在惰性气体维护下升温进行高温碳化处理、冷却，得到高效的钠离子电池用生物质硬碳负极资料。
钠离子电池已成为当时国内外研讨和工业化的热门。国家发改委、国家动力局等九部分印发的《“十四五”可再生动力开展规划》提出，研制储藏钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技能。
周向阳说，现在，研讨者对硬碳储钠机制提出了多种模型，但对其储钠机制没有到达统一认识。因而，还需求进一步研讨来提醒硬碳资料与电化学反响机制的构效联系，为提高硬碳功能供给理论指导与科学依据。此外，如粒径、振实密度、质量负载等硬碳资料的物理参数，对电化学功能的影响也有待进一步讨论，以协同提高资料使用于钠离子电池系统时的功能。
北京智研科信咨询有限公司发布的《2023—2029年我国硬碳负极职业商场专项查询及出资远景剖析陈述》指出，跟着国家对开展新动力轿车和储能配备的支撑，我国硬碳负极资料职业商场规划将进一步增加。据商场预测，2025年，我国硬碳负极资料职业商场规划将到达86.5亿元，硬碳负极资料职业未来5年内年均增速将到达15.3%。
现在，因为国内硬碳负极资料职业开展时刻较短，大都企业及研讨机构仍处于技能研制和优化阶段，不过，国内各大厂商都在活跃布局硬碳负极资料出产。本年4月，广东容钠新动力科技有限公司宣告，年产1万吨硬碳负极资料前驱体出产项目在福建省永安市石墨和石墨烯工业园正式投产，其首要以植物系生物质作为原资料。宁波杉杉股份有限公司则表明，使用于钠离子电池的硬碳负极资料在国内已完结吨级出售，估计本年量产规划将到达千吨级。
我国银行研讨院研讨员叶银丹以为，钠离子电池在低温、安全、快充等功能指标方面的体现优于锂电子电池，尽管其能量密度、循环寿数等仍有提高空间，但考虑到资料来历丰厚，仍具有较大的开展潜力。跟着硬碳负极资料等钠离子电池关键技能的打破，储能需求的快速增加，钠离子电池的使用场景和规划也将得到快速开展。
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