Adv. Energy Mater.：受爆米花启发的多孔宏观碳：水稻快速膨化加工及其在锂硫电池中的应用

deer 7年前 (2017-09-07) 5345浏览

【引言】

多孔材料已经成为当前电化学储能领域多种应用中极具前景的候选之一。科学界一直在设计具有层次和互联孔隙网络的多孔结构。与微/介孔材料相比，大孔（孔径≥50nm）材料具有显著优点，比如互连框架提高了结构稳定性，大通道可用于加快物质移动并且具有可及性优势。此外，许多电化学储能应用需要合理的分级孔径和分布的开放单元结构，大孔与微/介孔一起加速传质过程，从而突出大孔在多孔层次结构中的重要性和必要性。

由于其优异的化学、机械和热稳定性以及良好的导电性和高的表面积，各种碳质多孔材料如多孔石墨烯、碳纳米棒等在锂离子电池、钠离子电池和超级电容器中具有广泛的应用。现在已经开发了多种技术制造大孔碳材料，包括模板法、微流体法、膜/微通道乳化法等。但是这些方法步骤繁琐，固化时间长。因此，开发大规模生产大孔材料的简便方法是非常有意义的。

【成果简介】

近日，Advanced Energy Materials最新在线发表了清华大学张强教授、浙江工业大学夏阳、浙江大学夏新辉（共同通讯作者）等人的最新研究成果，题为“Popcorn Inspired Porous Macrocellular Carbon: Rapid Puffing Fabrication from Rice and Its Applications in Lithium–Sulfur Batteries”。研究人员从爆米花制作方法（颗粒首先在加热和密封的容器中压缩。然后，通过在≈200-300°C的高温和0.5-1.5MPa的压力下瞬间释放密封容器的夹紧力，使含淀粉原料瞬间膨化扩展，并瞬间转化成扩展的三维多孔材料，其体积和表面积通过简单的瞬时膨化工艺增加数十倍）得到启发，将稻米前驱体强力膨化得到了由交联纳米/微片组成的多孔宏观碳。甚至把金属（例如Ni）纳米颗粒嵌入膨化的爆米花衍生碳（PRC）中时，可以得到高质量的PRC/金属复合材料，电导率高达≈7.2×104 S m^-1，孔隙率为85.1%，表面积为1492.2 m²g^-1。设计的PRC/Ni/S电极在0.2C电流密度下具有1257.2 mA hg^-1的高可逆容量，循环寿命延长（500次循环后为821 mA hg^-1），倍率特性提高，远优于其他同类材料（PRC/S和rGO/S）。

【图文导读】

图1 PRC制作过程示意图以及PRC的宏/微观形貌表征