【儀表網 研發快訊】在新能源賽道上，鈉離子電池因原料豐富、成本低廉，在大規模儲能和低速電動車領域展現出巨大應用前景，而硬炭作為其關鍵負極材料，其制備工藝直接影響電池性能。此外，煤液化瀝青具有碳含量高、來源穩定、價格低廉等特點，其豐富的芳烴結構和可調控的分子量分布，能夠形成具有優異儲鈉性能的硬炭材料。
近日，中國科學院山西煤炭化學研究所宋燕研究員團隊在煤液化瀝青組分的研究領域取得進展，以《Impact of pitch fraction oxidation on the structure and sodium storage properties of derived carbon materials》(瀝青餾分氧化對衍生炭材料結構和儲鈉性能的影響)為題發表在《New Carbon Materials》期刊上。該論文創新性地通過溶劑分級萃取并結合氧化-炭化工藝，揭示了煤液化瀝青中甲苯可溶組分(TS)與甲苯不溶-吡啶可溶組分(TI-PS)在分子結構、氧化活性及儲鈉性能方面的本質差異，為瀝青的精細化研究及瀝青基硬碳負極材料的精準制備提供了科學依據。
煤瀝青的“分身術”：兩種組分的較量
煤液化瀝青是煤液化過程中的副產品，含有數百至數千種不同的多環芳烴分子。為了更精準地調控硬炭結構，研究團隊采用溶劑萃取法，將瀝青分成兩部分：TS：分子量較小，富含脂肪側鏈，結構更松散，像“活潑的年輕人”，容易與氧氣發生反應；TI-PS：分子量較大，芳香稠環更多，結構更穩定，像“沉穩的長者”，反應活性較低。
瀝青餾分的結構信息對比
氧化-炭化過程：TS為何更勝一籌？
在350 ℃的空氣氧化過程中，TS由于脂肪側鏈豐富，更容易與氧氣結合，形成大量交聯結構(如C(O)-O鍵)，就像在分子間搭起“橋梁”，防止炭化時結構有序堆疊。而TI-PS由于結構穩定，氧化程度較低，炭化后更容易形成類似石墨的有序結構，不利于鈉離子存儲。
經過1000℃炭化后，TS衍生的硬炭(O-TS-1000)展現出更大的層間距和更無序的碳層排列，為鈉離子提供了更多嵌入空間和快速通道。相比之下，TI-PS衍生的硬炭(O-TI-PS-1000)層間距較小，結構更接近石墨，鈉離子嵌入困難，導致容量較低。
衍生炭材料的結構對比
行業影響：瀝青組分分離或成必經之路
過去，硬炭制備往往直接使用全組分瀝青，但這項研究表明，TS組分更適合作為硬炭前驅體。未來，族組分分離可能成為瀝青基硬炭制備的必經之路，從而提升硬炭性能。
這項研究為硬炭材料的原料選擇提供了重要參考，將幫助行業更精準地“定制”理想結構，推動鈉離子電池技術走向成熟。
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