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便攜式和電能存儲市場長期以來一直由鋰離子電池（LIB）和超級電容器主導(dǎo)，其提供更高能量和功率的能力遠(yuǎn)超其他儲能系統(tǒng)。

然而，電動汽車等關(guān)鍵應(yīng)用對能夠在大量循環(huán)中有效產(chǎn)生高功率和高能量的設(shè)備的需求不斷增長。為滿足這些嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)有技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，促使研究人員探索儲能設(shè)備的替代技術(shù)。

一種有前景的策略是對具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的高導(dǎo)電硬碳陽極進(jìn)行改性，使其與活性炭陰極相匹配，從而創(chuàng)建雙碳LIC（鋰離子電容器）。據(jù)外媒報(bào)道，在最近的一項(xiàng)研究中，太原理工大學(xué)采用一鍋法原位膨脹（one-pot in-situ expansion）和雜原子摻雜（heteroatom doping）策略制備片狀硬碳，同時(shí)通過活化過程獲得活性炭。

相關(guān)論文的通訊作者王英雄解釋道：“然而，陰極和陽極之間的離子動力學(xué)不匹配可能會導(dǎo)致循環(huán)壽命不滿意和陽極退化。我們使用一種特殊的方法來制造兩種類型的碳材料：片狀硬碳和活性碳。”

王教授及其同事使用過硫酸銨來幫助膨脹和改性硬碳，使其更好地用于電池。這些碳材料被稱為FRNS-HC和FRNS-AC，由天然物質(zhì)的剩余物——糠醛殘留物（furfural residues）制成。然后研究人員在LIB中對上述材料進(jìn)行了測試。

王教授表示：“結(jié)果令人震驚，當(dāng)FRNS-HC用作電池負(fù)極時(shí)，它在低功率水平下可存儲374 mAh g-1，在較高功率水平下可存儲123.1 mAh g-1。當(dāng)與特殊的多孔碳材料結(jié)合作為電池的正極部分時(shí)，整個(gè)電池表現(xiàn)出147.67 Wh kg-1的高比能量，功率輸出約為199.93 W kg-1。”

值得注意的是，該電池的續(xù)航時(shí)間也很長，即使充放電1000次，性能也幾乎沒有損失。

王教授表示：“我們建議使用生物質(zhì)原料作為碳前體，以及高效、環(huán)保的合成技術(shù)。這項(xiàng)研究提供了一種從生物質(zhì)廢物中制造雜原子摻雜多孔碳的有前途的方法，并且它在推進(jìn)高能量密度設(shè)備方面具有巨大的潛力。” 

原標(biāo)題：太原理工大學(xué)開發(fā)雜原子摻雜多孔碳納米材料 用于鋰基儲能應(yīng)用