Adv. Energy Mater.：受爆米花啟發的多孔宏觀碳：水稻快速膨化加工及其在鋰硫電池中的應用

deer 6年前 (2017-09-07) 4928瀏覽

【引言】

多孔材料已經成為當前電化學儲能領域多種應用中極具前景的候選之一。科學界一直在設計具有層次和互聯孔隙網絡的多孔結構。與微/介孔材料相比，大孔（孔徑≥50nm）材料具有顯著優點，比如互連框架提高了結構穩定性，大通道可用于加快物質移動并且具有可及性優勢。此外，許多電化學儲能應用需要合理的分級孔徑和分布的開放單元結構，大孔與微/介孔一起加速傳質過程，從而突出大孔在多孔層次結構中的重要性和必要性。

由于其優異的化學、機械和熱穩定性以及良好的導電性和高的表面積，各種碳質多孔材料如多孔石墨烯、碳納米棒等在鋰離子電池、鈉離子電池和超級電容器中具有廣泛的應用。現在已經開發了多種技術制造大孔碳材料，包括模板法、微流體法、膜/微通道乳化法等。但是這些方法步驟繁瑣，固化時間長。因此，開發大規模生產大孔材料的簡便方法是非常有意義的。

【成果簡介】

近日，Advanced Energy Materials最新在線發表了清華大學張強教授、浙江工業大學夏陽、浙江大學夏新輝（共同通訊作者）等人的最新研究成果，題為“Popcorn Inspired Porous Macrocellular Carbon: Rapid Puffing Fabrication from Rice and Its Applications in Lithium–Sulfur Batteries”。研究人員從爆米花制作方法（顆粒首先在加熱和密封的容器中壓縮。然后，通過在≈200-300°C的高溫和0.5-1.5MPa的壓力下瞬間釋放密封容器的夾緊力，使含淀粉原料瞬間膨化擴展，并瞬間轉化成擴展的三維多孔材料，其體積和表面積通過簡單的瞬時膨化工藝增加數十倍）得到啟發，將稻米前驅體強力膨化得到了由交聯納米/微片組成的多孔宏觀碳。甚至把金屬（例如Ni）納米顆粒嵌入膨化的爆米花衍生碳（PRC）中時，可以得到高質量的PRC/金屬復合材料，電導率高達≈7.2×104 S m^-1，孔隙率為85.1%，表面積為1492.2 m²?g^-1。設計的PRC/Ni/S電極在0.2C電流密度下具有1257.2 mA hg^-1的高可逆容量，循環壽命延長（500次循環后為821 mA hg^-1），倍率特性提高，遠優于其他同類材料（PRC/S和rGO/S）。

【圖文導讀】

圖1 PRC制作過程示意圖以及PRC的宏/微觀形貌表征