中孔碳(MC)隙度在聚偏二氟乙烯(PVDF)中，对Li-O2锂氧电池的特定负载 前言：多孔碳基空气阴极结构对Li-O2电池性能的影响已经成为广泛研究的主题，一个常见的观察结果是，这些电池的放电容量往往会随着孔体积的增加而增加，特别是当孔尺寸在中孔范围内时，然而，关于实现大放电容量的最佳孔径，呈现的结果却是相互矛盾的。 基于早期的报道，通过表面活性剂和碳前体(间苯二酚-甲醛，RF)的自组织，随后碳化，制备中孔碳(MC)，简而言之，首先将0.1毫升HCl (37%，适马·奥尔德里奇，西班牙马德里)和1.4克非离子表面活性剂Pluronic F127(适马·奥尔德里奇)溶解在聚丙烯容器中的10毫升乙醇(99%，西班牙巴塞罗纳Panreac)中。 在它们完全溶解后，加入1.4 gof间苯二酚(≥99.0%，适马·奥尔德里奇，R)，混合物在室温下搅拌10分钟，随后，在搅拌下一滴一滴地引入2 g甲醛溶液(37 %, H2O，适马·奥尔德里奇，F)，这样，溶液中的摩尔比固定为R∶F = 1∶2和F127∶R = 1∶1。 将混合物搅拌约30分钟，然后在室温下保持在通风橱中的静态条件下，以蒸发乙醇(约48小时)，残余物在密封的相同塑料容器中于100°C加热24小时，以促进R和f之间的聚合。 最终将所得橙色固体研磨，并在氩气流下于900°C碳化1小时，氩气流的恒定流速约为100mL min-1，然后让样品在相同的氩气流下冷却至室温，将所得产品过筛，以使碳颗粒均匀化。 该合成过程导致中孔碳的形成，表面活性剂、间苯二酚-甲醛前体和受控加热步骤的使用允许产生具有各种应用所需性质的结构化多孔碳材料，这一过程有助于更广泛地了解介孔碳的合成及其在不同领域的潜在用途。 介孔-大孔碳的合成过程类似于介孔碳(MC)的合成过程，但有一些变化，合成包括使用乙醇、间苯二酚(R)、甲醛(F)、非离子表面活性剂Pluronic F127 (F127)和CaCO3球形微粒(标记为CN-1和CN-2)作为大孔模板。 不同的多孔碳在研钵中研磨，并通过180目不锈钢网过筛，碳粉(80重量%)与10 wt .%的聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘合剂和10 wt .%的炭黑(Super P，Timcal，Bodio，Switzerland)在N-甲基吡咯烷酮(NMP，适马奥尔德里奇)中的含量，获得的浆料用于浸渍不锈钢网(AISI316，每英寸180目，英国Witney的ADVENT Research Materials Ltd )，最后在100℃真空干燥12小时，电极装载量约为0.5毫克厘米2。 而这些电极由经过处理的碳材料、粘合剂和导电炭黑形成，设计用于各种应用，包括储能系统，受控的制造工艺有助于确保电极成分的均匀性和一致性，这对于在实际应用中实现可靠且可再现的性能至关重要，具有多孔碳、粘合剂和导电添加剂的特定负载的所得电极可定制用于不同类型的电池、超级电容器或其他电化学装置。 通过软硬模板方法的结合，能够成功制备一系列不同的多孔碳材料，每种材料都具有相似的中孔体积，同时表现出不同的结构特征，这些材料从以均匀尺寸的孔为特征的无序介孔物质到以广泛和不均匀的通道为特征的介孔-大孔材料，这些通道将高度介孔区域相互连接，在评价它们在各种电池结构中作为空气阴极的性能时，显然大孔或空隙的存在有助于初始放电容量的提高。 放电容量的这种提高可归因于氧(O2)传输的增强，从而增加了电极的利用率，重要的是，这种效应被证明比比表面积更有影响。 然而，多孔结构对电荷效率和保持力的影响被证明是构型依赖性的，有趣的是，最大孔径为72 nm的样品在静态池装置中表现出最佳性能，但在搅拌的整体池系统中表现较差，这种差异突出了多孔特征和电化学条件之间错综复杂的相互作用，观察表明，中孔通过促进反应沉积物的更均匀分布，通过体积相沉积机制促进可逆性，特别是当容量相当大时。 结论：虽然实现卓越Li-O2电池性能的最佳电极结构取决于运行条件，但这项研究强调了一个普遍趋势，与纯大孔结构相比，中孔碳框架在初始放电容量和可逆性之间提供了更有利的平衡，这种平衡转化为实现更大的第二次完全放电容量的能力，而与所采用的具体电池无关。 因此，中孔-大孔和纯中孔碳表现出显著的容量保持，即使在通过溶液相机制经历完整的放电循环之后，这些材料表现出耐久性和长期应用的潜在适用性，成为持续循环的有前途的候选材料，这些结果强调了电极结构在影响电化学行为和整体电池性能方面的重要性，促进了Li-O2电池技术的不断进步。
