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樹脂衍生的硬碳（HCs）通常對鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（KIBs）都表現出優異的電化學性能，但其高價格和高溫熱解（≈1500°C）阻礙了其實際應用。

在此，上海大學張久俊教授及趙玉峰教授等人以酚醛樹脂（2000 $/t）和瀝青（300 $/t）為前驅體，調節瀝青的重量比（10~30%）和熱解溫度（800~1300℃）來控制硬碳的微孔形態和納米結構，以提高儲鈉材料的性能并促進其商業應用。瀝青和樹脂的相互交聯有助于形成大量短石墨層并減少比表面積和微孔，這減少了與電解液的接觸面積同時提高了復合材料的導電性和充放電過程中的循環穩定性。

優化后的樣品（HC-0.2P-1000）具有349.9 mAh g^-1的高可逆容量、極其優異的倍率性能（145.1 mAh g^-1@20 A g^-1）和超高循環穩定性（在1 A g^-1下2500次循環后容量保持率為94.5%）。此外，HC-0.2P-1000還具有出色的鉀存儲性能（321.9 mAh g^-1）。

圖1. HC-0.2P-1000的儲Na/K性能

當與Na₃V₂(PO4)₃正極結合時，鈉離子全電池表現出251.1 Wh kg^-1的高能量密度和出色的穩定性，在 1 A g^-1下循環450次后容量保持率為73.3%。作者通過原位和非原位技術探測硬碳中確切的鈉存儲機制。

首先，鈉離子被吸附在材料表面的孔隙和缺陷部位，然后當電壓降至 0.40 V 時，鈉離子開始嵌入石墨化碳層。當電壓達到 0.10 V 時，就會發生納米孔的填充，嵌入可能發生在整個低電壓區域。

此外，石墨碳層和醚電解質的調控可以有效改善硬碳的動態特性并提高倍率性能。深入的機理研究為提高碳材料后期的倍率性能和穩定性提供了獨到見解，也有助于低成本碳負極材料在SIBs和KIBs領域的商業化進程。

圖2. 儲鈉機制探究及鈉離子全電池性能

Modulating the Graphitic Domains of Hard Carbons Derived from Mixed Pitch and Resin to Achieve High Rate and Stable Sodium Storage, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202105568

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張久俊院士/趙玉峰Small：調節硬碳的石墨疇以實現高速率和穩定的鈉存儲

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