研 究 背 景

钠离子电池凭借钠资源储量丰富、成本优势明显及低温性能优异等特点，被认为是面向大规模储能应用的重要候选体系。硬碳作为当前最具商业化潜力的钠离子电池负极材料，仍面临初始库伦效率偏低、平台容量有限以及制备过程能耗较高等瓶颈。特别是传统外部加热碳化方式存在能量利用效率低、环境负担较重等问题，限制了硬碳负极的可持续规模化生产。因此，发展兼具优异电化学性能与低碳制造潜力的硬碳制备策略，对于推动钠离子电池的产业化应用具有重要意义。

成 果 介 绍

KTH Royal Institute of Technology 韩通、金扬皓、杨卫红，和郑州大学孙孟威，田芸等人提出了一种用于制备生物质基硬碳负极的感应加热碳化策略。该方法以生物炭和生物油为前驱体，通过生物油改性和高压挤出封闭开放孔，并利用感应加热过程中产生的涡流和局域焦耳热促进碳层重排与闭孔形成。所得硬碳展现出极高的初始库仑效率。该工作为高性能、低能耗和可持续硬碳负极材料的制备提供了新的思路。该成果以 “Energy‐Efficient Induction Carbonization: Tailoring PoreStructures in Hard Carbon Anodes Toward Enhanced Electrochemical Performance” 为题发表在 Carbon Energy 期刊上。

研 究 亮 点

1.提出了一种利用感应加热碳化的硬碳制备策略，通过生物油改性、高压挤出和感应加热协同调控开放孔与闭孔结构。

2.感应碳化促进碳层重排和闭孔形成，使硬碳闭孔/开放孔体积比由 0.32 提高至 85.18，同时实现高初始库伦效率（>95%）。

3.相较传统碳化路线，感应碳化可降低约 35%以上的温室气体排放。

图 文 解 析

图1  感应加热碳化制备生物质基硬碳负极的整体工艺思路

该图展示了感应加热碳化制备硬碳的整体思路。生物炭与生物油混合后经高压挤出形成碳柱，再通过感应加热实现快速碳化。该方法能够减少开放孔、增加闭孔，从而提升硬碳材料的初始库伦效率和平台容量。

图2  感应碳化过程的能量效率与硬碳孔结构调控

该图比较了传统碳化和感应碳化的差异。传统碳化依赖外部传热，能量利用效率较低；感应碳化则可以在碳材料内部直接产热，提高加热效率，并促进闭孔和卷曲碳层结构的形成。同时，该方法有助于降低硬碳制备过程的环境影响。

图3  感应碳化硬碳负极的电化学性能

该图展示了感应碳化硬碳负极的电化学性能。由于开放孔减少，材料的初始库伦效率明显提高；由于闭孔结构增加，低电压平台容量得到增强。高载量电极测试也说明该材料具有较好的实际应用潜力。

作者简介

金扬皓，瑞典皇家理工学院材料科学与工程系博士研究生，主要研究方向为生物质基碳材料、功能碳材料制备、碳材料结构调控及热化学转化过程。

孙孟威，郑州大学博士在读，2023年至今就读郑州大学化学工程专业，指导老师为田芸副教授、张旭研究员，主要研究方向为锂离子固态电池的动力学模拟。

韩通，华中科技大学教授、博导。获批国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）。主要从事生物质、废弃塑料等有机废弃物的电加热增值转化研究。以第一/通讯作者在Nature Communications等期刊发表论文20余篇，总引用超1000次；担任知名期刊青年编委；参与10余项瑞典及欧盟项目，累计经费超2000万人民币；与Elkem、Kanthal、Polestar等国际企业长期合作。成果入选瑞典科学院IVA 100 LIST。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Energy-Efficient Induction Carbonization: Tailoring Pore Structures in Hard Carbon Anodes Toward Enhanced Electrochemical Performance

文章研究方向：

钠离子电池，硬碳负极材料— —硬碳孔结构调控、感应加热碳化、生物质基碳材料、生命周期评价

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70243

DOI: 10.1002/cey2.70243

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy

2-年影响因子 21.4

5-年影响因子 21.3

JCR分区 Q1

CiteScore 32.7

官网 www.carbonenergy.org

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为丽水学院校长、温州大学原副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续三年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2025年影响因子为21.4，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前九，材料科学（多学科）领域472本期刊中，位列19。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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