可扩展合成源自沥青的软碳材料，该材料含有嵌入非晶基体中的石墨纳米结构，适用于高能量袋式锂离子电容器

《RARE METALS》：Scalable synthesis of pitch-derived soft carbon with graphitic nanodomains embedded in amorphous matrix for high-energy pouch-type lithium-ion capacitors

锂离子电容器（LICs）通过整合锂离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度，成为极具潜力的储能器件。研究提出通过精确调控松香碳化过程制备分级结构软碳阳极PC800，其由无定形碳基质包裹石墨纳米域构成，兼具丰富的活性位点、高效的离子扩散通道和快速的电子传输特性，实现0.1A g-1下319.2mAh g-1和5A g-1下131.6mAh g-1的高比容量。组装成全电池后，在246.7W kg-1功率密度下获得159.4Wh kg-1能量密度，且规模化生产时仍保持30Wh kg-1（基于整体器件质量）的能量密度和11kW kg-1的高功率密度。该成果验证了松香前驱体通过结构工程转化为高性能碳阳极的可行性，为平衡能量密度与功率密度的先进LIC工业化奠定基础。

　　

摘要

锂离子电容器（LICs）作为一种具有前景的储能装置，结合了锂离子电池的高能量密度特性和超级电容器出色的功率密度优势。然而，阻碍其实际应用的一个关键挑战是正极快速充电能力与负极缓慢反应速率之间的动力学差异。本文提出了一种通过合理设计源自沥青的软碳负极来克服这一限制的成本效益策略。通过精确控制沥青的碳化过程，在800°C的碳化温度下合成的基于沥青的软碳材料（PC800）呈现出一种独特的混合结构，该结构由非晶碳基质和石墨纳米畴组成。这种分层结构不仅提供了丰富的活性位点和高效的离子扩散路径，还确保了快速的电子传输，从而实现了优异的倍率性能。PC800电极在0.1 A g^?1的电流下可提供319.2 mAh g^?1的可逆容量，并且在5 A g^?1的电流下仍能保持131.6 mAh g^?1的容量。当将其与活性炭正极组装成全电池LIC时，该设备在246.7 W kg^?1?1?1?1?1

图形摘要

锂离子电容器（LICs）作为一种具有前景的储能装置，结合了锂离子电池的高能量密度特性和超级电容器出色的功率密度优势。然而，阻碍其实际应用的一个关键挑战是正极快速充电能力与负极缓慢反应速率之间的动力学差异。本文提出了一种通过合理设计源自沥青的软碳负极来克服这一限制的成本效益策略。通过精确控制沥青的碳化过程，在800°C的碳化温度下合成的基于沥青的软碳材料（PC800）呈现出一种独特的混合结构，该结构由非晶碳基质和石墨纳米畴组成。这种分层结构不仅提供了丰富的活性位点和高效的离子扩散路径，还确保了快速的电子传输，从而实现了优异的倍率性能。PC800电极在0.1 A g^?1的电流下可提供319.2 mAh g^?1的可逆容量，并且在5 A g^?1的电流下仍能保持131.6 mAh g^?1的容量。当将其与活性炭正极组装成全电池LIC时，该设备在246.7 W kg^{?1?1?1?1的容量（基于活性材料的总质量）。值得注意的是，PC800的大规模生产展示了其在袋式LIC中的优异结构稳定性和电化学一致性，基于整个设备的质量，其能量密度达到了30 Wh kg?1}

图形摘要