分子模板和多指南在煤炭衍生硬碳中扭曲的微晶形成,用于高速离子存储
Bohan Zhang1, Jiwei Shi1, Junwei Han2
1Shenzhen Key Laboratory for Graphene-based Materials, Key Laboratory of Electrocatalytic Materials and Green Hydrogen Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Institute of Materials Research, Tsinghua Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University, Shenzhen, 518055, China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|November 3, 2025
概括
研究人员从煤炭中开发了先进的硬碳阳极,用于离子电池. 这一策略通过防止微晶体堆叠和增强导电性来改善离子储存,提高电池性能.
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
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 由于成本低廉,从煤炭中提取的硬碳 (HC) 阳极对离子电池 (SIB) 是有前途的.
- 然而,它们的性能往往受到糟糕的离子动力学和低容量的限制,这是由于煤炭前体中的过度堆叠的微晶结构造成的.
- 这种结构限制阻碍了电池运行期间有效的离子间隙和扩散.
研究的目的:
- 为了克服煤炭衍生硬碳阳极在离子电池中的局限性.
- 开发一种策略来调节基于煤炭的碳化合物的微晶结构,以改善的储存.
- 为了提高SIB硬碳阳极的容量和反应动力学.
主要方法:
- 在煤炭前体上使用酸 (PhB) 的分子模板和兴奋剂策略.
- 利用PhB和煤炭芳香物之间的π-π相互作用来控制碳化过程中的微晶堆叠.
- 嵌入 (B) 兴奋剂来扰乱电荷分布并引入域内缺陷.
主要成果:
- 这一策略导致了扭曲的轮结构域,扩大了层间距,改善了离子和电子导电性.
- 兴奋剂降低了表面的电子阴性,促进了稳定的阴离子衍生的接口.
- 优化的HC阳极在50mAg-1时达到321mAhg-1的高可逆容量,在2.5Ag-1时保持249mAhg-1.
结论:
- 分子模板和兴奋剂有效调节煤炭衍生的硬碳的结构,以优越的离子储存.
- 开发的方法平衡了高容量和快速反应动力学,解决了SIB阳极开发的关键挑战.
- 这种方法为从离子电池的煤前体中制造高性能,低成本的硬碳阳极提供了可行的途径.


