有很多关于放弃碳作为能源的研究，但如果相反，正在使用的碳被充分利用呢?
碳作为能源的重要性不容低估。不幸的是，对这些碳基材料的依赖已被证明对环境造成灾难性的影响，特别是在全球范围内消耗它们的数量。因此，必须研究替代手段。上部结构碳(SCC)是一种以更高效和“绿色”的方式使用碳的可能方法，可以超越能量存储和转换装置中标准材料的当前性能和寿命。
研究人员于 1 月 30 日在《能源材料与设备》杂志上发表了研究结果。
SCC 的结构和性能以及整体概念都是多方面的。首先，它们确实是碳。虽然这看起来不像是减少总体碳依赖的一步，但它是一种使碳更有意地使用、具有更直接功能的方法，从而带来更好的性能和功能。
该研究的研究员兼作者 Debin Kong 表示：“这一独特的类别满足了高性能设备的特定功能需求，并超越了传统碳的刚性结构。”
SSC 是碳基材料，专门针对与其连接的材料而构建，无论是锂离子 (Li) 电池、硫化锂 (LiS) 电池还是金属空气电池。
研究人员提出，这些SCC的成功开发和实施具有三个主要特征：精确定制的孔隙、自由调整的框架和高度耦合的界面。
与传统碳材料相比，精确定制的孔隙具有提高表面利用率和传质的优点。使用多孔碳作为储能设备(如电池)中活性材料的一部分可以改善材料的比容量等指标。比容量是每克材料重量可以传递到材料的电荷量。自由调整的框架对于允许材料内部结构(包括碳单元和电极)之间的快速电子转移至关重要。最后，高度耦合的界面可以进一步改善电子传输，这是改善电池整体功能和性能的重要因素。协同工作良好的界面使电化学反应更容易发生，并且不会出现聚集或纳米粒子簇形成等问题。
Kong说：“总的来说，SSC的概念提供了一种解决当前碳所面临问题的方法，这对于未来先进碳及其相关高性能能源相关设备的实际应用非常重要。”
研究人员的目的不仅仅是通过这次审查来改进碳基活性材料，而是希望创造碳结构的新高度。性能突破是最终目标，旨在打破能量转换和存储的性能瓶颈。然而，随着进一步的研究，总会有一些困难需要考虑，也总会有一些问题需要解决。
最重要的是要考虑的是不同的设备有不同的需求。Li、LiS和金属-空气电池可能都与SCC有不同的关系，需要充分充实以确保适用性和兼容性。此外，在 SCC 成为实用且广泛的解决方案之前，需要对其成本和性能进行检查。这可以包括改进制备工艺和降低成本和简化生产所需的前体。需要进一步研究的另一点是对碳微观结构及其结构演变的整体理解，具体取决于所使用的碳前体。
清华大学深圳吉姆石墨烯中心和功能化碳材料工程实验室的Debin Kong、Wei Lv、Yanbing He和Feiyu Kang，以及中国石油大学新能源学院的Debin Kong、Ruliang Liu、Dingcai Wu，中山大学材料科学研究所的付若文、中国科学院沉阳材料科学国家实验室的李峰以及天津化工学院纳米阳课题组的杨全宏大学都为这项研究做出了贡献。
国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金委、山东省泰山学者项目使此项研究成为可能
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