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浙大涂江平/張玲潔AM: 用于構(gòu)建高效儲能多功能碳復合材料的一步膨化碳化法

碳材料在電化學能量存儲和轉(zhuǎn)換的發(fā)展中起著至關重要的作用。目前，通過一步合成工藝制備具有可控形態(tài)、可調(diào)尺寸和可調(diào)成分的多功能碳基復合材料仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

在此，浙江大學涂江平教授、張玲潔等人開發(fā)了一種強大的一步麥芽糖基膨化碳化技術(shù)，可以大規(guī)模構(gòu)建多尺度碳基復合材料。

麥芽糖可以通過一步膨化碳化工藝直接轉(zhuǎn)化為分級多孔交聯(lián)膨化碳（CPC），作者以此制備了大量示例（CPC/Si、CPC/TiO₂、CPC/TiN、CPC/Ni、CPC/NbC、CPC/Li₂S、CPC/碳等），多功能碳復合材料的形成機制歸因于麥芽糖的膨化碳化以及麥芽糖與前體之間的原位碳熱反應。

圖1. 基于CPC 的復合材料的示意性制造過程以及光學照片

作為證明電化學儲能應用潛力的示例，Li₂S被均勻地原位注入CPC以制造 CPC/Li₂S復合正極，具有高表面積、大孔隙率、增強的導電性和增加的活性位點。

與其他對應物相比，設計的S摻雜 CPC/Li₂S正極顯示出優(yōu)異的電化學性能和更高的倍率容量（2 C時為621 mAh g^-1）、更小的極化和增強的長期循環(huán)性能。該研究為構(gòu)建用于高級能量存儲和轉(zhuǎn)換的多功能組件的可調(diào)碳復合材料提供了一種通用方法。

圖2. 基于CPC的復合材料的表征、電化學性能和DFT計算

A Powerful One-Step Puffing Carbonization Method for Construction of Versatile Carbon Composites with High-Efficiency Energy Storage, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102796

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