拡張「吸着–挿入」モデル：ハードカーボンのナトリウム貯蔵メカニズムに関する新たな洞察

要旨：ハードカーボン（HC）は、容量が高く、豊富で、低コストであることから、ナトリウムイオン電池（SIB）の有望なアノード材料です。しかし、HCのナトリウム貯蔵メカニズムは不明であり、文献上の合意がありません。ここでは、600–2500 °Cの広範な熱分解温度範囲で合成されたHCの微細構造とナトリウム貯蔵挙動との相関に基づき、拡張「吸着–挿入」ナトリウム貯蔵メカニズムを提案します。HCの微細構造は、異なるナトリウム貯蔵メカニズムを持つ三つのタイプに分類できます。ランダムな炭素は、ナトリウムイオンが自由に移動できるd 002（0.40 nm以上）を持ち、「擬似吸着」ナトリウム貯蔵メカニズムを持ち、0.1 V以上での勾配容量に寄与します。他の伝統的な「欠陥」（孔、エッジ、ヘテロ元素など）とともに機能します。擬似グラファイト状炭素（d間隔0.36–0.40 nm）は、「層間挿入」メカニズムを通じて低電位（<0.1 V）プレート容量に貢献し、NaC 8形成に対する理論的容量は279 mAh g −1です。d 002が0.36 nm以下のグラファイト状炭素は、ナトリウムイオンの挿入に対してアクセスできません。拡張「吸着–挿入」モデルは、異なる微細構造を持つHCのナトリウム貯蔵挙動の熱分解温度への依存性を正確に説明でき、SIB用のHCアノードの設計に新たな洞察を提供します。