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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(fù)合材料的一步膨化碳化法

碳材料在電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換的發(fā)展中起著至關(guān)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(fù)合材料仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

在此，浙江大學(xué)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(fù)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(fù)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(yīng)。

圖1. 基于CPC 的復(fù)合材料的示意性制造過程以及光學(xué)照片

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

與其他對應(yīng)物相比，設(shè)計的S摻雜 CPC/Li₂S正極顯示出優(yōu)異的電化學(xué)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(fù)合材料提供了一種通用方法。

圖2. 基于CPC的復(fù)合材料的表征、電化學(xué)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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