Negatively Curved Porous Carbons for Secondary Battery Electrodes

Abstract

This research focuses on the synthesis of porous carbon structures with negative Gaussian curvature similar to the Schwarzite framework to be used as electrode materials in secondary batteries for energy storage. Ascorbic and citric acid were used as the carbon precursors and were carbonized within three types of zeolite templates (Y, Beta and ZSM-5), followed by template removal to obtain ZTCs. Structural order of the porous framework was assessed through XRD, morphology and pore interconnectivity revealed with SEM, elemental composition and verification of the template removal confirmed using EDS, electrical conductivity and charge transport assessed with EIS, and carbon order and defects evaluated using Raman. These results indicated that this templating strategy can generate a highly ordered porous interconnected carbon framework with a negative curvature which had high conductivity and structural stability. These Schwarzite-like carbons are promising candidate for use as electrode materials in next generation energy storage systems.

Tento výzkum se zaměřuje na syntézu porézních uhlíkových struktur s negativním Gaussovským zakřivením podobným schwarzitové struktuře, které mají být použity jako elektrodové materiály v sekundárních bateriích pro skladování energie. Kyselina askorbová a citrónová byly použity jako uhlíkaté prekurzory a byly karbonizovány se třemi typy zeolitových šablon (Y, Beta a ZSM-5), po kterých následovalo odstranění šablon za účelem získání ZTC. Struktura porézního rámce byla hodnocena pomocí XRD, morfologie a propojenost pórů zobrazena pomocí SEM, elementární složení a ověření odstranění templátu potvrzeno pomocí EDS, elektrická vodivost a transport náboje hodnoceny pomocí EIS a uspořádanost uhlíku a defekty hodnocené pomocí Ramana. Tyto výsledky ukázaly, že využití strategie se šablonami může vytvořit vysoce uspořádanou porézní propojenou uhlíkovou kostru s negativním zakřivením, která má vysokou vodivost a strukturální stabilitu. Tyto uhlíky podobné Schwarzitu jsou slibným kandidátem pro použití jako elektrodové materiály v systémech pro ukládání energie nové generace.