Free radicals trigger the closure of open pores in lignin-derived hard carbons toward improved sodium-storage capacity

木质素 激进的 碳纤维 电子顺磁共振 化学工程 阳极 化学 材料科学 有机化学 复合材料 物理化学 工程类 电极 核磁共振 复合数 物理
作者
Wenjun Ji,Zonglin Yi,Mingxin Song,Xiaoqian Guo,Yilin Wang,Yi-Xuan Mao,Fangyuan Su,Jingpeng Chen,Xianxian Wei,Lijing Xie,Cheng‐Meng Chen
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:94: 551-559 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.02.048
摘要

The chemical activation of various precursors is effective for creating additional closed pores in hard carbons for sodium storage. However, the formation mechanism of closed pores under the influence of pore-forming agents is not well understood. Herein, an effective chemical activation followed by a high-temperature self-healing strategy is employed to generate interconnected closed pores in lignin-derived hard carbon (HCs). By systematic experimental design combined with electron paramagnetic resonance spectroscopy, it can be found that the content of free radicals in the carbon matrix influences the closure of open pores at high temperatures. Excessively high activation temperature (>700 °C) leads to a low free radical concentration, making it difficult to achieve self-healing of open pores at high temperatures. By activation at 700 °C, a balance between pore making and self-healing is achieved in the final hard carbon. A large number of free radicals triggers rapid growth and aggregation of carbon microcrystals, blocking pre-formed open micropores and creating additional interconnected closed pores in as-obtained hard carbons. As a result, the optimized carbon anode (LK-700-1300) delivers a high reversible capacity of 330.8 mA h g−1 at 0.03 A g−1, which is an increase of 86 mA h g−1 compared to the pristine lignin-derived carbon anode (L-700-1300), and exhibits a good rate performance (202.1 mA h g−1 at 1 A g−1). This work provides a universal and effective guidance for tuning closed pores of hard carbons from other precursors.
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