در این مقاله، تیم پروفسور وانگ بو یک سری کربن سخت تهیه کردندموادبا ساختار قابل تنظیم با استفاده از کیتوزان به عنوان منبع کربن، و رابطه بین تکامل ساختار کربن سخت و خواص ذخیرهسازی سدیم را تحلیل کرد.
نمونه کربن سخت (CHC-T) با روش کربنیزاسیون یک مرحلهای در دماهای پخت متفاوت تهیه شد. ریزساختار CHC-T به شرح زیر است.
نمونه خصوصیات ساختاری آمورف معمولی کربن سخت را نشان داد. با افزایش دما، درجه سفارش نمونه به وضوح بهبود می یابد و لایه های کربنی بیشتری تشکیل می شود و فاصله لایه کربن با افزایش دما کاهش می یابد.
همانطور که در شکل نشان داده شده است،XRDتصاویر تمام نمونههای کربن سخت، دو قله آمورف را نشان میدهند که به ترتیب صفحه کریستالی (002) و صفحه کریستالی (100) را نشان میدهند. به منظور تشخیص بهتر ریزساختار داخلی کربن سخت، قله (002) به صورت کانتور برازش شد و ساختار داخلی کربن سخت به دو دسته تقسیم شد: ساختار بسیار آمورف (d>0.40nm)، ساختار شبه گرافیت (0.36nmاز نتایج برازش می توان دریافت که با افزایش دما، ساختار بسیار آمورف به تدریج به ساختار شبه گرافیت و ساختار گرافیت مانند تبدیل می شود. علاوه بر این، مقادیر شناسه/IG طیف های رامان نیز نشان می دهد که درجه گرافیتی شدن نمونه با افزایش دما افزایش می یابد.
داده های الکتروشیمیایی نشان می دهد که ظرفیت CHC-T ابتدا افزایش می یابد و سپس با افزایش دمای کربنیزاسیون کاهش می یابد. ظرفیت پلت فرم در ناحیه ولتاژ پایین (زیر 0.1 ولت) با روند ظرفیت کلی سازگار است، به این معنی که"درون یابی"مکانیسم بیشترین تأثیر را بر عملکرد ذخیره سازی کربن سدیم سخت دارد. با افزایش دما، ساختار شبه گرافیت داخل نمونه به تدریج افزایش می یابد که مکان های ذخیره سازی موثرتری برای یون های سدیم فراهم می کند، بنابراین ظرفیت افزایش می یابد. با افزایش مداوم دمای کربنیزاسیون، درجه گرافیتی شدن کربن سخت بیشتر بهبود می یابد و ساختار گرافیت مانند ظاهر می شود، اما چون یون های سدیم نمی توانند وارد گرافیت مانند شوند.ساختار با فاصله کم، نمونه کربن سخت با دمای بالا توانایی ذخیره سدیم را از دست می دهد، بنابراین ظرفیت کاهش می یابد. CHC-1300 بهترین عملکرد را نشان می دهد، ظرفیت 317.4 میلی آمپر ساعت در گرم-1 در چگالی جریان 0.5 A g-1 و حفظ ظرفیت 238.9 میلی آمپر g-1 پس از 1000 چرخه، حتی در جریان بزرگ 5 A. g-1.