Neste artigo, a equipe do professor Wang Bo preparou uma série de carbono duromateriaiscom estrutura ajustável utilizando quitosana como fonte de carbono, e analisaram a relação entre a evolução da estrutura dura do carbono e as propriedades de armazenamento de sódio.
A amostra de carbono duro (CHC-T) foi preparada pelo método de carbonização em uma etapa em diferentes temperaturas de sinterização. A microestrutura do CHC-T é a seguinte.
A amostra apresentou as características estruturais amorfas típicas do carbono duro. Com o aumento da temperatura, o grau de ordem da amostra é obviamente melhorado, e mais camadas de carbono são formadas, e o espaçamento da camada de carbono diminui com o aumento da temperatura.
Como mostrado na figura,DRXimagens de todas as amostras de carbono duro mostram dois picos amorfos, representando o plano cristalino (002) e o plano cristalino (100), respectivamente. Para melhor distinguir a microestrutura interna do carbono duro, o pico (002) foi contornado, e a estrutura interna do carbono duro foi dividida em: estrutura altamente amorfa (d>0,40nm), estrutura pseudo-grafite (0,36nmPode-se observar pelos resultados de ajuste que com o aumento da temperatura, a estrutura altamente amorfa evolui gradualmente para uma estrutura pseudo-grafite e uma estrutura semelhante à grafite. Além disso, os valores ID/IG dos espectros Raman também indicam que o grau de grafitização da amostra aumenta com o aumento da temperatura.
Os dados eletroquímicos mostram que a capacidade do CHC-T aumenta primeiro e depois diminui com o aumento da temperatura de carbonização. A capacidade da plataforma na região de baixa tensão (abaixo de 0,1 V) é consistente com a tendência geral de capacidade, o que significa que o"intercalação"mecanismo tem o impacto mais significativo no desempenho do armazenamento de carbono duro e sódio. À medida que a temperatura aumenta, a estrutura de pseudo-grafite dentro da amostra aumenta gradualmente, o que proporciona locais de armazenamento mais eficazes para os íons de sódio, aumentando assim a capacidade. Com o aumento contínuo da temperatura de carbonização, o grau de grafitização do carbono duro é melhorado ainda mais e aparece uma estrutura semelhante à grafite, mas porque os íons de sódio não podem entrar na estrutura semelhante à grafiteestrutura com espaçamento pequeno, a amostra de carbono duro em alta temperatura perde a capacidade de armazenar sódio, então a capacidade diminui. O CHC-1300 apresenta o melhor desempenho, fornecendo capacidade A de 317,4 mAh g-1 com densidade de corrente de 0,5 A g-1 e mantendo uma capacidade de 238,9 mAh g-1 após 1000 ciclos, mesmo com uma corrente grande de 5 A g-1.