陈志刚/杨艳玲AFM: 用于高性能电池的生物质碳材料结构-性能关系

由于生物质衍生材料的可持续性、环境友好性和结构多样性，研究人员致力于将其用作高能可充电电池的储能材料。因此，从结构到储能机制的及时和全面的审查将大大拓宽这一研究领域。

在此，澳大利亚昆士兰科技大学陈志刚教授、陕西科技大学杨艳玲教授等人从电池的运行机制入手，全面总结了用于高能电池的生物质碳（BDC）材料的最新进展，包括BDC材料的活化方法（化学、物理、物理化学偶联活化）和零维、一维、二维和三维的结构分类。此外，作者还总结了目前BDC材料设计中的挑战：

1）开发新方法来合理地改性BDC表面仍然是当务之急；

2）缺乏强大而有效的表征技术来跟踪BDC材料在电池中的演化，使得生物聚合物或BDC材料的反应机理难以探索；

3）电解液在BDC多孔结构的大比表面积上分解会导致库仑效率低；

4）在不破坏生物质天然结构的情况下，精确控制BDC的孔隙结构和尺寸仍然是个挑战；

5）电极设计方法如水热和电化学沉积，极大地限制了BDC材料的大规模应用。

图1. BDC材料不同维度的结构图

最后，作者指出了未来BDC设计的展望：

1）深入了解物理、化学、物理化学偶联活化等表面改性原理；

2）开发大规模制备方法是实现以BDC材料为电极的电池器件商业化的重要一步；

3）熟悉生物质材料的组成和结构是BDC材料/活性物质复合设计的基础；

4）通过先进的原位测试技术研究BDC基电极的运行机理和反应动力学；

5）超高的循环稳定性和存储容量、延长的循环寿命、快速的反应动力学和高库仑效率是未来基于BDC材料储能器件的重要指标；

6）应在能源技术研究的基础研究、产业化、标准化等方面投入更多资源和精力，为生物质电池的快速发展提供更多先决条件。总之，本综述将帮助研究人员选择合适的策略来设计BDC材料，从而促进生物质材料在电池设计中的应用。

图2. BDC材料的挑战、策略及展望总结

Biomass-Derived Carbon for High-Performance Batteries: From Structure to Properties, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202201584

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陈志刚/杨艳玲AFM: 用于高性能电池的生物质碳材料结构-性能关系

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