Hyper‐Crosslinking to Customize Ultrathin‐Wall Closed Pores in Pitch‐Derived Carbon for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 碳化 碳纤维 热解 多孔性 聚合物 化学工程 扩散 纳米技术 离子 复合材料 扫描电子显微镜 有机化学 化学 复合数 工程类 物理 热力学
作者
Nan Lan,Jingyi Li,Li Zeng,Dan Luo,Dayue Du,Xiaolong Li,Hanna He,Chuhong Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202419528
摘要

Abstract Pitch is a highly preferable and cost‐effective precursor of carbon materials. Nevertheless, its direct pyrolysis typically yields highly graphitized soft carbon, posing challenges to the modulation of closed‐pore architecture, due to intense intermolecular π–π interactions. This results in a negligible plateau capacity and sluggish diffusion kinetics in sodium‐ion batteries (SIBs). In this study, an innovative hyper‐crosslinking strategy is proposed to reconstruct pitch molecularly and precisely tailor the closed‐pore structure of the derived carbon. The crosslinker intertwined the pitch units, transforming the linear molecules into 3D porous polymers. Structurally, these 3D cavities tactfully reserved space for forming closed‐pore cores, with the single‐layer pitch network skeleton transforming into ultrathin pore walls upon carbonization. This strategy enabled the disruption of intense π–π interactions and, therefore, inhibited structural ordering, facilitating a structure transition from graphitic soft carbon to highly‐disordered carbon with abundant closed pores featuring appropriate pore sizes (2 nm) and ultrathin pore walls (1–2 layers). The optimal sample delivered a high capacity of 370 mAh g −1 at 30 mA g −1 , as well as a rate capability that surpassed those of most previously reported pitch‐derived carbons. Hyper‐crosslinking has advanced the development of low‐cost and high‐performance carbon materials for large‐scale energy storage.
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