生物质衍生硬碳的 Techno-Economic 分析：钠离子电池低成本负极材料的产业化路径

本文首次对生物质（以柳枝稷为模型）制备钠离子电池（SIBs）硬碳（HC）负极材料进行 Techno-Economic 分析（TEA），提出两种废水处理方案：外排（Scenario 1）与内循环（Scenario 2）。研究表明，年产11万吨硬碳需总投资1.25亿美元，最低碳售价（MCSP）可降至1.58美元/千克，显著低于市场价且媲美石墨成本，为可持续储能技术商业化提供经济可行性方案。

Highlight

材料表征与硬碳电化学性能

硬碳制备流程详见支持信息（SI）S1.2节。在TEA前，通过先进表征技术（SI S2.1，图S2-5，表S2-3）对不同条件制备的硬碳进行系统分析，并组装纽扣电池评估其电化学性能（SI S1.3，图S6），验证其作为电池级材料的适用性。

模型验证

为确保Aspen Plus模型准确性，采用RYield模块基于实验数据模拟柳枝稷（SG）转化为硬碳的过程。RYield反应器因其擅长处理固-液-气多相交互（如碳化与热解）被选用，该方法此前已成功应用于生物质热解、碳化及气化模拟研究（Hasan et al., 2024）。

Conclusions

本研究首次通过TEA证明柳枝稷衍生硬碳作为钠离子电池负极的经济可行性：Scenario 1的MCSP为1.72美元/千克，而引入废水内循环系统（Scenario 2）后虽投资增至1.25亿美元，但MCSP降至1.58美元/千克，兼具成本与环保优势。

Permission to reproduce material from other sources

图5部分内容经授权引自Liu等（2022）的研究。

Uncited references

未引用文献涉及Material（2022）、Rates及Utility等资料。

CRediT authorship contribution statement

Yilin Li：主笔初稿，方法论构建与数据分析；Yixiang Xu：审校与验证；Haibo Huang：课题总设计、资金支持与全程监督。

Declaration of competing interest

作者声明无潜在利益冲突。

Acknowledgements

感谢美国农业部（USDA）东南Sun Grant计划、弗吉尼亚农业试验站及弗吉尼亚理工研究生院Water-IGEP项目的支持，并致谢多位学者在元素分析、柳枝稷供应、XPS与TEM数据采集中的协助。