​陕科大刘晓旭团队AFM：商用碳纤维的高体积容量储钠

主要观点总结

本文研究了陕西科技大学刘晓旭教授团队针对钠离子电池用碳纤维电极材料的研究工作。通过对不同类型碳纤维的微结构分析，发现了特定的高机械强度碳纤维具有全平台储钠特征和高体积容量。该工作揭示了钠储存性能与碳基电极材料的微晶结构的关联性，并利用球差电镜等先进手段对钠储存机制进行了表征。研究结果表明，商业碳纤维中的钠存储机制主要是吸附和钠金属沉积，不涉及（共）插层反应。丰富的晶界、强烈的取向和适度的孔隙结构同时提高了容量和倍率性能。该研究成果为优化材料结构和组合以实现多种优异性能的统一提供了新的思路。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

钠离子电池储能体系的研究方兴未艾，但目前钠离子电池仍然无法达到锂离子电池的性能水平。常见钠离子电池用碳基负极材料长循环后会导致碳基阳极晶格结构的扭曲和破坏，最终造成析钠。

关键观点2: 研究重点

陕西科技大学刘晓旭教授团队以多种高机械强度商用碳纤维为研究对象，发现了特定的高机械强度碳纤维具有全平台储钠特征和高体积容量。同时，该研究发现碳纤维内部的碳微晶晶界可以提供稳定的钠沉积位点，从而实现了低平台非嵌入稳定钠金属沉积新机制。

关键观点3: 研究方法

研究工作利用球差电镜的电子能量损失谱揭示了钠金属沉积的实验证据，为碳基电极材料中的碱金属沉积提供了新的分析表征手段。同时，密度泛函理论计算被用来深入证明商业碳纤维储钠的特殊性。

关键观点4: 研究成果

研究发现，商业碳纤维中的钠存储机制主要是吸附和钠金属沉积，不涉及（共）插层反应。此外，丰富的晶界、强烈的取向和适度的孔隙结构同时提高了容量和倍率性能。具有特殊微晶结构的商用碳纤维表现出了全平台储钠特性，体积容量超过300 mAh cm-3。

关键观点5: 研究影响

该研究成果为优化材料结构和组合以实现多种优异性能的统一提供了新的思路，并为柔性纤维电池的应用提供了潜力巨大的电极材料。