碳作為一種能源，其重要性不容小覷。遺憾的是，事實證明，對這些碳基材料的依賴對環境造成了災難性的影響，尤其是在全球的消耗量。因此，必須研究替代方法。超結構碳（SCC）是一種以更有效率、更”綠色”的方式使用碳的可行方法，它在能量儲存和轉換設備中的性能和壽命都超過了目前的標準材料。

許多研究都在探討如何摒棄將碳作為能源的做法，但如果將正在使用的碳充分利用起來呢？

研究人員最近在《能源材料與裝置》（Energy Materials and Devices）雜誌上發表了這項研究成果。

短鏈氯化石蠟不僅在結構和性能上，而且在整體概念上都是多方面的。首先，它們確實是基於碳元素。雖然這看起來並不像是減少對碳的整體依賴性的措施，但這是一種更有意識地使用碳的方法，它具有更直接的功能，可以帶來更好的性能和功能。

該研究的作者、清華大學研究員孔德斌說：”這一獨特的類別滿足了高性能設備的特殊功能需求，並超越了傳統碳的剛性結構。”

所顯示的每種特性都是確保SCC 功能不可或缺的一部分，可用於改善能量儲存和轉換設備中使用的傳統碳材料。資料來源：清華大學孔德斌

SSC 是一種碳基材料，專門針對與之連接的材料而製造，無論是鋰離子（Li）電池、硫化鋰（LiS）電池還是金屬空氣電池。

為了成功開發和實施這些SCC，研究人員提出了這些SCC 的三大特點：精確定制的孔隙、自由調整的框架和高度耦合的界面。

與傳統碳材料相比，精確定制的孔隙具有提高表面利用率和傳質的優點。在儲能設備（如電池）中使用多孔碳作為活性材料的一部分，可以提高材料的比容量等指標。比容量是指每公克材料重量可輸送至材料的電荷量。自由調節的框架對於在材料的內部結構（包括碳單元和電極）之間實現快速電子轉移至關重要。最後，高度耦合的介面可進一步改善電子傳輸，這是提高電池整體功能和性能的重要因素。配合良好的界面可使電化學反應更容易發生，而不會出現聚集或形成奈米顆粒簇等問題。

“總的來說，SSCs 的概念為解決目前碳元素所面臨的問題提供了一條途徑，這對未來先進碳元素的實際應用及其相關的高性能能源相關設備具有重要意義，」孔德斌說。

研究人員的目標並不僅僅是透過這次審查改進碳基活性材料，而是希望為碳結構創造新的高度。效能突破是最終目標，目的是打破能量轉換和儲存效能的瓶頸。然而，總有一些困難需要考慮，總是有一些褶皺需要進一步研究。

最重要的一點是，不同的設備有不同的需求。鋰電池、鋰硫電池和金屬空氣電池可能都與SCC 有著不同的關係，這需要充分闡述，以確保適用性和相容性。此外，在SCC 成為一種實用和廣泛的解決方案之前，還需要對其成本和性能進行研究。這可能包括改進製備過程和所需的前體，以降低成本和簡化生產。另一個需要進一步研究的問題是對碳微觀結構及其結構演變的全面了解，這取決於所使用的碳前驅體。

編譯來源：ScitechDaily