On the Structural Evolution Mechanism of Lignin‐Derived Hard Carbon for Refining Sodium‐Ion Storage

碳化 材料科学 碳纤维 微观结构 微晶 精炼(冶金) 化学工程 制作 纳米技术 石墨烯 体积热力学 机制(生物学) 多孔性 结构材料 碳纳米泡沫 结构变化 复合材料
作者
Lei Zhong,Shuhua Hao,Junjun Yao,Fangbao Fu,Xihong Zu,Xueqing Qiu,Wei Zhang
标识
DOI:10.1002/elt2.70061
摘要

ABSTRACT Understanding the structural formation mechanism of hard carbon and the relationship between its microstructure and sodium‐ion storage performance is critical for the precise fabrication of hard carbon. Herein, lignin‐derived hard carbons with tunable microstructures were prepared via one‐step carbonization by tuning carbonization temperatures (600°C−1600°C) and time (0−6 h). The graphitic microcrystalline structures in hard carbons become more ordered with increasing carbonization temperature and time, which in turn leads to the reduced interlayer spacing of graphene layers, decreased defect concentration, and increased size and volume of the closed pores. The pseudo‐graphitic structures with expanded interlayer spacing and abundant defect structures contribute to enhanced slope‐potential capacity, whereas the sodium‐ion accessible closed pores with large pore volume contribute to improved plateau‐potential capacity. A small closed‐pore size is beneficial for enhancing the rate performance. The hard carbons displayed an adsorption/intercalation‐dominated to a pore‐filling‐dominated mechanism with increasing carbonization temperature and time. The optimized hard carbon exhibited a high reversible capacity (322 mAh g −1 at 0.05 A g −1 ) with a plateau‐potential capacity of 246 mAh g −1 , and good rate performance. These findings provide fundamental insights for the structural revolution and sodium‐ion storage mechanism of hard carbon anodes, which could pave the way for understanding how the structure evolves and how we precisely design high‐performance hard carbon anodes.
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