風(fēng)能、太陽能等可再生能源的充分利用依賴于低成本大型儲能技術(shù)的發(fā)展。鈉離子電池和鋰離子電池具有相似的原理及生產(chǎn)流程，且鈉資源的分布廣泛，近年來得到了廣泛的關(guān)注。無論是鋰離子電池還是鈉離子電池，倍率性能都是評價其性能的關(guān)鍵指標(biāo)。目前，鈉離子電池正極材料的研發(fā)已經(jīng)取得了重要進展。然而，對于負極而言，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中的石墨負極在鈉離子電池中沒有電化學(xué)性能。硬碳材料，也被稱為不可石墨化無定形碳，是目前眾多負極材料中綜合性能最好的。由于該材料具有較高的容量、穩(wěn)定的循環(huán)性能以及前驅(qū)體取材廣泛，將在未來鈉離子電池商業(yè)化中起到重要的作用。近年來，隨著不同前驅(qū)體、不同結(jié)構(gòu)以及摻雜等技術(shù)的研究，硬碳負極材料的性能得到了進一步的提升。然而，硬碳負極材料的倍率性能一直較差，成為其未來商業(yè)化的絆腳石。
俄勒岡州立大學(xué)的紀(jì)秀磊教授（點擊查看介紹）團隊，包括博士生李志飛在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，硬碳的倍率性能由于半電池測試體系的限制而被顯著低估。鈉離子電池電極材料的評價測試，沿用了廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的半電池測試評價體系。在該半電池體系中，鋰片/鈉片既被用作電池的對電極，同時也是參比電極。該測試體系能夠很好地應(yīng)用于鋰離子電池以及大多數(shù)的鈉離子電池負極材料的評價中。然而，對于硬碳材料而言，此測試體系并不能完全展示出硬碳材料的特性。這是由于硬碳材料一半以上的容量是來自低電壓的平臺部分(~0.05 V vs. Na+/Na)，在鈉離子嵌入（放電）過程中，尤其是高電流條件下，鈉金屬上的過電位會造成鈉離子嵌入的提前結(jié)束，從而造成其在高電流下較低的容量。這就可能掩蓋了硬碳自身可能具有較高的倍率性能。因此，紀(jì)教授團隊采用三電極測試體系對硬碳材料的倍率性能進行了評價，并發(fā)現(xiàn)在1 C（250 mA/g）的電流下，容量由傳統(tǒng)半電池中的118 mAh/g提高到186 mAh/g。
他們通過硬碳材料在三電極體系中的充放電曲線可以清晰地看到，鈉片對電極的電位在充放電過程中有著較大的極化現(xiàn)象，并隨著充放電電流的增大而提高。該極化現(xiàn)象在傳統(tǒng)半電池體系中將會造成鈉離子嵌入硬碳的提前終止。由此造成的容量損失在10 C的電流下，可占其總?cè)萘康?7%。這一發(fā)現(xiàn)揭示了硬碳材料本身在鈉離子電池中具有較好的倍率性能，有益于硬碳材料的發(fā)展和商業(yè)化。
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