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由于生物質衍生材料的可持續性、環境友好性和結構多樣性，研究人員致力于將其用作高能可充電電池的儲能材料。因此，從結構到儲能機制的及時和全面的審查將大大拓寬這一研究領域。

在此，澳大利亞昆士蘭科技大學陳志剛教授、陜西科技大學楊艷玲教授等人從電池的運行機制入手，全面總結了用于高能電池的生物質碳（BDC）材料的最新進展，包括BDC材料的活化方法（化學、物理、物理化學偶聯活化）和零維、一維、二維和三維的結構分類。此外，作者還總結了目前BDC材料設計中的挑戰：

1）開發新方法來合理地改性BDC表面仍然是當務之急；

2）缺乏強大而有效的表征技術來跟蹤BDC材料在電池中的演化，使得生物聚合物或BDC材料的反應機理難以探索；

3）電解液在BDC多孔結構的大比表面積上分解會導致庫侖效率低；

4）在不破壞生物質天然結構的情況下，精確控制BDC的孔隙結構和尺寸仍然是個挑戰；

5）電極設計方法如水熱和電化學沉積，極大地限制了BDC材料的大規模應用。

圖1. BDC材料不同維度的結構圖

最后，作者指出了未來BDC設計的展望：

1）深入了解物理、化學、物理化學偶聯活化等表面改性原理；

2）開發大規模制備方法是實現以BDC材料為電極的電池器件商業化的重要一步；

3）熟悉生物質材料的組成和結構是BDC材料/活性物質復合設計的基礎；

4）通過先進的原位測試技術研究BDC基電極的運行機理和反應動力學；

5）超高的循環穩定性和存儲容量、延長的循環壽命、快速的反應動力學和高庫侖效率是未來基于BDC材料儲能器件的重要指標；

6）應在能源技術研究的基礎研究、產業化、標準化等方面投入更多資源和精力，為生物質電池的快速發展提供更多先決條件。總之，本綜述將幫助研究人員選擇合適的策略來設計BDC材料，從而促進生物質材料在電池設計中的應用。

圖2. BDC材料的挑戰、策略及展望總結

Biomass-Derived Carbon for High-Performance Batteries: From Structure to Properties, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202201584

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陳志剛/楊艷玲AFM: 用于高性能電池的生物質碳材料結構-性能關系

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