在基于煤炭的硬碳微型架构上操纵表面化学,以改善储存

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 来自煤炭的硬碳 (HC) 具有储存的潜力,但受到高石墨化的限制.
• 含氧功能组 (OFG) 可以改善的储存,但它们在以煤为基础的HC形成中的确切作用尚不清楚.

研究的目的:

• 研究不同OFG在碳化过程中基于煤的HC表面化学演变中的机械作用.
• 通过有针对性的表面化学,制定一种提高煤炭化中储能性能的策略.

主要方法:

• 煤炭的预氧化,以引入各种其他氧化物 (碳素,CO, -OH,C─O─C).
• 在现场/外现场表征技术来分析分子内部重组和碳化行为.
• 在修改后的HC中对储存性能进行电化学测试.

主要成果:

• 发现碳素基在热解过程中抑制了脱碳,将碳重组的最佳温度窗口延长到600°C.
• 这种抑制减少了分子间凝聚,抑制了软碳的形成,扩大了层间的间距,并形成了闭合的孔隙.
• 优化的HC显示了308mAhg-1的储能,低压高原容量增加了1.4倍.

结论:

• 特定的OFG,特别是氧基,对煤炭的碳化途径产生重大影响.
• 针对煤的表面化学修饰提供了一个实用的策略,以优化HC结构和提高储存性能.
• 这项研究有助于开发用于先进的离子电池 (SIB) 的低成本,高性能硬碳.