太原理工大学开发杂原子掺杂多孔碳纳米材料 用于锂基储能应用

盖世汽车讯 便携式和电能存储市场长期以来一直由锂离子电池（LIB）和超级电容器主导，其提供更高能量和功率的能力远超其他储能系统。

然而，电动汽车等关键应用对能够在大量循环中有效产生高功率和高能量的设备的需求不断增长。为满足这些严格的标准对现有技术提出了新的挑战，促使研究人员探索储能设备的替代技术。

一种有前景的策略是对具有优异结构稳定性的高导电硬碳阳极进行改性，使其与活性炭阴极相匹配，从而创建双碳LIC（锂离子电容器）。据外媒报道，在最近的一项研究中，太原理工大学采用一锅法原位膨胀（one-pot in-situ expansion）和杂原子掺杂（heteroatom doping）策略制备片状硬碳，同时通过活化过程获得活性炭。

图片来源：期刊《Green Energy & Environment》

相关论文的通讯作者王英雄解释道：“然而，阴极和阳极之间的离子动力学不匹配可能会导致循环寿命不满意和阳极退化。我们使用一种特殊的方法来制造两种类型的碳材料：片状硬碳和活性碳。”

王教授及其同事使用过硫酸铵来帮助膨胀和改性硬碳，使其更好地用于电池。这些碳材料被称为FRNS-HC和FRNS-AC，由天然物质的剩余物——糠醛残留物（furfural residues）制成。然后研究人员在LIB中对上述材料进行了测试。

王教授表示：“结果令人震惊，当FRNS-HC用作电池负极时，它在低功率水平下可存储374 mAh g-1，在较高功率水平下可存储123.1 mAh g-1。当与特殊的多孔碳材料结合作为电池的正极部分时，整个电池表现出147.67 Wh kg-1的高比能量，功率输出约为199.93 W kg-1。”

值得注意的是，该电池的续航时间也很长，即使充放电1000次，性能也几乎没有损失。相关研究论文已发表于期刊《Green Energy & Environment》。

王教授表示：“我们建议使用生物质原料作为碳前体，以及高效、环保的合成技术。这项研究提供了一种从生物质废物中制造杂原子掺杂多孔碳的有前途的方法，并且它在推进高能量密度设备方面具有巨大的潜力。”