近日，我校碳中和科学与工程学院清洁能源催化转化研究团队教师在绿色能源转化与储能领域取得重大突破，两项核心研究成果分别发表于国际能源、材料领域顶级期刊——《Energy Storage Materials》（中科院一区，TOP期刊，影响因子20.2）与《Carbon Energy》（中科院一区，TOP期刊，影响因子24.2），彰显了我校在高性能电极材料研究领域的雄厚实力，更为能源领域关键核心技术攻关、助力“双碳”目标实现提供了全新的理论支撑与实践路径。

在钠离子电池领域，硬碳材料因其高理论容量、结构稳定及前驱体成本低等优点，被视为最具应用潜力的钠离子电池负极材料之一。然而，硬碳的实际应用长期受限于较低的首次库伦效率和不稳定的电极-电解质界面。其根源在于难以精确调控的孔道结构：过多的开放孔会导致电解液持续分解，形成厚而不均的固体电解质界面膜，从而大量消耗活性钠离子，并阻碍离子传输。

针对上述问题，碳中和科学与工程学院徐申东博士联合中国科学院固体物理研究所王佩瑶团队、安徽工业大学何孝军团队、温州大学吴星樵团队创新性地提出一种“时序自收缩孔工程”策略，成功制备出富含亚纳米级闭孔的硬碳负极材料，显著提升了钠离子电池的首次库伦效率、循环稳定性和倍率性能，为开发高性能、低成本的钠离子电池提供了关键材料解决方案。研究成果以“Time-sequence autogenous shrinkage engineering toward hard carbon anodes with dominant closed porosity for high-performance sodium-ion batteries”为题，发表在国际能源领域顶级期刊《Energy Storage Materials》上。文章以安徽理工大学为第一单位，该成果得到安徽理工大学科研启动基金（No. YJ20240014）的资助。

时序自收缩孔工程机制示意图

在高功率锂离子电池领域，随着电动汽车快充、电网调频等高功率储能场景快速普及，储能电池在高能量密度之外对快充能力的需求日益迫切。传统插层型正极理论容量已接近极限，依靠多电子反应的转化型正极虽容量优势突出，却长期被认为本征动力学差；现有改性方案多依赖纳米化或高比例导电碳添加，易牺牲电池整体能量密度，如何从机制层面突破转化型正极的倍率性能瓶颈，已成为高功率储能领域亟待解决的核心问题。

针对上述共性难题，碳中和科学与工程学院余蓁博士联合上海科技大学于鹏飞、翁祖谦团队和中国科学技术大学冯雪飞、刘啸嵩团队，以商业化微米级FeS₂为研究对象，首次证实其本征具备极其优异的超高倍率充电性能：10 C倍率下92%的容量保持率，30 C超高倍率下仍能保留60%的充电容量，性能远超多数已报道的转化型正极。结合同步辐射原位/非原位谱学表征与多维度电化学动力学分析，系统厘清了该优异倍率性能的微观起源：高自旋态Fe²⁺可大幅降低离子迁移能垒，且反应过程中S^2-阴离子骨架维持高度稳定，为Fe²⁺和Li⁺提供了类似插层反应的快速传输通道。该研究打破了“转化型正极本征动力学差、倍率性能低”的传统认知，首次系统阐明了FeS₂超高倍率充电性能的微观起源，明确高自旋过渡金属离子和稳定阴离子骨架是构筑高倍率转化型电极的两大核心设计要素，为后续高功率转化型储能电极的筛选、开发提供了全新理论指导与设计思路，为该类正极材料在高功率能量存储器件中的应用开发提供了坚实的理论支撑。研究成果以《Intrinsically ultrahigh-rate charging capability of conversion reaction cathodes and its origin: a mechanism study on FeS₂》为题，发表在国际材料科学领域顶级期刊《Carbon Energy》上。文章以安徽理工大学为第一单位，该成果得到安徽理工大学高层次引进人才科研启动基金（No. 2022yjrc10）的资助。

转化型正极FeS₂超高倍率充电机制示意图

徐申东，2023年6月获中国科学技术大学博士学位，2024年7月入职安徽理工大学碳中和科学与工程学院，从事博士后研究工作，主要研究方向为先进光伏与储能材料。

余蓁，2020年7月获中国科学技术大学博士学位，2022年8月入职安徽理工大学碳中和科学与工程学院。主要研究方向为同步辐射谱学技术应用、二次电池电极材料设计与机制解析。