钠离子电池被视为大规模储能的重要候选，而负极材料在很大程度上决定其能量密度。硬碳因层间距扩大、缺陷丰富并含纳米孔结构，能在接近0 V的低压区贡献可观的平台容量，被公认为最有前景的负极。可这段平台容量的来源恰恰最难控制：主流观点认为低压平台来自封闭纳米孔对钠团簇的填充，因此造闭孔成为硬碳结构设计的核心。
难点在于，现有闭孔工程几乎都局限在微孔体系，靠填孔前驱体把开孔堵死；一旦换成互通的介孔骨架，介孔连通性虽能提供快速离子传输通道，却很难在封闭大尺寸介孔的同时不拖慢钠离子传输，高平台容量与快动力学长期难以兼得。
中国海洋大学田维乾、王焕磊团队提出反复沥青浸渍加超快焦耳热的协同造孔思路，把有序介孔碳CMK-3的介孔高效转化为闭孔，并保留连续的钠离子传输通道。相关成果于2026年10月6日在线发表于期刊《Carbon》。
反复浸渍压缩介孔并生成软碳导电骨架
研究选用浸润性好、碳收率高、成本低的热塑性沥青作填孔前驱体。作者把沥青溶液反复浸渍进CMK-3的有序介孔道，每次浸渍后在550℃预碳化2小时，循环两次得到中间体PHC；随后把PHC包在碳布中，在氮气下用焦耳热在2秒内升至1200℃并保温30秒，得到PHC-JH-1200。
为厘清填孔与超快加热各自的作用，作者另设三组对照：常规管式炉以4℃/min升至1200℃保温2小时的PHC-L-1200、仅做焦耳热的CMK-3-JH-1200，以及只用沥青的P-JH-1200。透射电镜显示产物表面相对光滑，说明沥青主要填充在CMK-3内部孔道，元素分布中C、O、N均匀。作者认为，浸渍先压缩介孔体积，随后的超快焦耳热触发结构快速重构、促成闭孔又避免过度石墨化，而沥青的限域碳化在孔道内生成软碳骨架，提供离子传输通路与电子导电性。
焦耳热用瞬时热应力把石墨层弯折成闭孔
结构表征给出了闭孔形成的直接线索。XRD中各样品的(002)与(100)均为宽峰，PHC-JH-1200的层间距为0.401 nm；其结构参数R值（1.76）低于常规炉热的PHC-L-1200（1.83），意味着更多随机分布的非平行单层，对应更高的石墨层弯曲程度，正是闭孔产生的结构条件。
Raman的A_G/A_D也显示焦耳热引入了更多赝石墨与缺陷结构，XPS则表明其sp³ C/sp² C比值为0.464，并保留了更高的杂原子含量与更丰富的吡啶氮、吡咯氮。
孔结构证据更关键：比表面积由CMK-3的876 m²/g依次降至CMK-3-JH-1200的826、PHC-L-1200的663和PHC-JH-1200的369 m²/g；SAXS中CMK-3-JH-1200的特征峰仅轻微衰减，说明单靠焦耳热无法大规模闭合介孔，填充才是介孔体积下降的主因。闭孔体积的对比印证了这一点：PHC-JH-1200达到0.0931 cm³/g，高于CMK-3-JH-1200的0.0835、PHC-L-1200的0.0747与CMK-3的0.0671。作者把差异归因于热历程：长时间炉热给了碳原子充分时间弛豫成有序构型、抑制石墨层弯折；焦耳热的瞬时热应力则造成剧烈畸变与弯曲，把结构锁定为闭孔。
闭孔体积与层间距共同决定平台容量
电化学结果把结构差异变成了性能落差。在0.05 A/g下，CMK-3-JH-1200与PHC-L-1200的可逆容量只有216与244 mAh/g，且几乎没有明显低压平台；PHC-JH-1200则达到353 mAh/g，并拥有清晰的低压平台。作者指出，层间距决定钠离子嵌入位点的可及性，闭孔体积决定平台容量上限，而PHC-JH-1200同时具备0.401 nm的层间距与最大的闭孔体积。
它还保持60.97%的首圈库仑效率（CMK-3-JH-1200仅50.77%），因为闭孔化降低了开孔体积与电极/电解液接触面积，减少了首圈不可逆的钠消耗。倍率方面，在0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5 A/g下依次为353、314、302、272、241、211与168 mAh/g；0.5 A/g下循环1000次后容量308 mAh/g，保持率91.5%。在1000至1400℃的温度序列中，1200℃综合性能最佳。
扩散主导的动力学与吸附-插层-填充机制
变扫速循环伏安与阻抗分析说明了快倍率从何而来。在0.1 mV/s下，PHC-JH-1200约60%的容量来自扩散控制过程，而PHC-L-1200、CMK-3-JH-1200与P-JH-1200以电容性贡献为主，分别占70.32%、67.90%与66.99%；其b值（0.57/0.62）在四个样品中最低，指向由闭孔填充主导的扩散型储钠。它同时拥有最低的电荷转移电阻（5.33 Ω）与最小的Warburg因子（91，其余依次为137、143与290），对应最快的钠离子扩散；GITT显示扩散系数在0.1 V以上相对稳定，0.1至0.001 V明显下降，接近截止电压时又因闭孔内钠团簇的形成而回升。
储钠机制由非原位XRD、非原位XPS与原位Raman共同勾勒：放电至0.5 V前(002)峰基本不动，对应表面与缺陷位吸附；降至0.1 V时(002)向小角移动，说明钠离子嵌入碳层；继续降到0.001 V峰位趋于稳定，进入闭孔填充。Na 1s谱随电压降低持续向低结合能移动，证实准金属钠的生成；原位Raman中，0.5至0.1 V的G带红移对应插层引起的电子转移，更低电压下的持续下移来自π*反键轨道占据与Na–C化学键的形成，D带几近消失则说明缺陷位被钠团簇钝化。据此作者提出吸附-插层-填充三段式机制，并给出容量拆分：PHC-JH-1200的插层贡献47.31%、填充贡献38.24%、吸附贡献14.45%，填充占比远高于PHC-L-1200的19.59%。
从半电池延伸到钠离子电容器
在器件层面，作者用PHC-JH-1200作负极、活性炭作正极组装了钠离子电容器，工作电压优化到1至4 V。其CV曲线接近矩形、恒流充放电呈准三角形，说明储能同时来自电池型与电容型行为。按两极活性物质总质量计算，器件在245 W/kg的功率密度下给出121 Wh/kg的能量密度，并在5 A/g下循环2000次后保持85.55%的初始容量。
这项研究值得关注的3个地方
① 方法价值：把填孔与超快焦耳热组合起来，让介孔碳在几乎不损失离子传输通道的前提下完成闭孔化。反复沥青浸渍压低了介孔体积并生成软碳导电骨架，2秒升温、30秒保温的焦耳热通过瞬时热应力重构石墨层、锁定大量闭孔。
② 科学价值：热历程本身是一枚可精确调节结构演化的旋钮——把升温与保温压缩到秒级，就能在石墨层来不及弛豫成有序构型时把它弯折、锁定为闭孔。
③ 应用价值：最终在0.05 A/g下得到353 mAh/g、在5 A/g下仍有168 mAh/g，并通过吸附-插层-填充机制把平台容量与倍率性能同时抬升。但论文的验证集中在中低载量的半电池与钠离子电容器，全电池长期循环、界面稳定性与连续化放大制备仍有待后续考察。
设备支持
本研究采用的焦耳热设备由深圳中科精研科技有限公司提供。如需开展同类材料制备或工艺验证，可申请免费试样服务。具体可实现温度、样品量、气氛、供电方式及加热程序，以设备配置和试样评估为准。
论文信息：
Jichang Du, Yafei Zhang, Gengchen Yu, Xinyu Wang, Jing Shi, Jingwei Chen, Minghua Huang, Weiqian Tian, Huanlei Wang. 通讯作者 Weiqian Tian、Huanlei Wang. Carbon, 2027, 262, 122192.
DOI： 10.1016/j.carbon.2026.122192
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