多孔碳材料指具有不同孔结构大小的碳素材料，具有高比表面积、高导电性、耐酸碱腐蚀的高化学稳定性、良好的气液渗透性、孔结构可调控等优点，在储能、催化、吸附等领域均展现出了广阔的应用前景。
在储能领域，多孔碳材料因其独特的形貌结构和元素掺杂的多样性，已经成为了研究的热点。多孔碳材料不仅可以直接作为电极材料，还可通过与其他非碳电活性材料复合，提高储能设备的性能。目前，在锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池和超级电容器等多种储能器件中展现出显著的应用进展。
（一）前沿研究
1. 利用芦苇秸秆制备多级多孔碳，开发高性能电极材料研究
标题：Nitrogen and Oxygen Codoped Hierarchically Porous Carbon Derived from Tannic Acid and Reed Straw for High-Performance Supercapacitors
发表刊物：ACS Appl. Energy Mater（2024-09）
研究团队：湖南理工学院何斌鸿、刘宇团队
研究内容：有效利用天然生物质衍生材料作为开发高性能电极的可持续原料，对于推进超级电容器的实际应用具有重要意义。该研究通过KOH和三聚氰胺（MA）的共化学活化以及预碳化，将生物质芦苇秆和单宁酸（TA）作为双重碳源转化为具有丰富微/介孔互连层状结构的N、O共掺分层多孔碳电极材料，命名为N-RTC-1.5。该材料蜂窝状多孔结构的比表面积达到2545m²/g，在超级电容器中展现优异性能。N-RTC-1.5在1A/g时的比电容达366.0F/g，能量密度为18.32Wh/kg，在3A/g条件下循环10000次后，电容保持率约为96%。该研究为将生物质转化为高性能超级电容器电极所需的新型碳材料提供了一种简单、可持续和环保的方法。
2. 纳米多孔碳材料的结构无序性决定电容性能研究
标题：Structural disorder determines capacitance in nanoporous carbons
发表刊物：Science（2024-04）
研究团队：剑桥大学Alexander C. Forse团队
研究内容：利用模拟和核磁共振光谱测量等技术，研究了碳电极的局部结构无序性，并分析了其与电容性能的相关性。研究发现了电容与结构无序性之间的新关系，为超级电容器设计提供了新方向。该研究超越了以往对电容性能与孔径和比表面积关系的了解，突出了局部结构无序性对电容的重要影响，还揭示了碳材料的结构无序性如何影响其在电容器中的性能表现，不仅对碳材料的制备和调控提出了新的要求，还为通过优化碳材料的结构来提高电容性能提供了新的途径。
3. 利用玫瑰花瓣制备纳米多孔活性碳，开发高性能电极材料研究
标题：Wasted rose-derived porous carbons with unique hierarchical heteroatom-enriched structures as a high-performance supercapacitor electrode
发表刊物：J. Mater. Chem. A（2024-07）
研究团队：伊朗科技大学Mahdi Maleki团队
研究内容：利用玫瑰花瓣的绿色自活化方法（AC-S）制备掺杂自杂原子的纳米多孔活性碳（AC）粉末，作为超级电容器的电极材料。与传统的H3PO4的酸活化方法（AC-T）相比，AC-S法制备的AC保留了最初的分层多孔玫瑰结构，表现出更高的比表面积（1556m2/g对1224m2/g）、具有大量石墨化区域的更有组织的多孔结构以及更高的暴露杂原子掺杂物含量。基于这些优异特性，AC-S作为三电极电池中的工作电极，在1A/g时的重力电容为539F/g。此外，使用AC-S制备的电极具有出色的稳定性，在6000次循环后电容保持率达到95.4%。基于该样品的对称超级电容器装置显示出高达365F/g的重力电容和50.7Wh/kg的超高能量密度。表明AC-S是一种高性能的储能电极材料。
4. 芬顿反应提升生物质碳活化效率研究
标题：Fenton Reaction Doubled Biomass Carbon Activation Efficiency for High-Performance Supercapacitors
发表刊物：Advanced Functional Materials（2024-04）
研究团队：上海交通大学材料学院、金属基复合材料国家重点实验室张荻院士团队
研究内容：通过对生物质前驱体进行芬顿预处理，将大分子链氧化切断，使后处理活化效率提高一倍，制备高性能电容碳。优化后的多孔碳比表面积高达3440m2/g，碳电极在电流密度为0.1A/g时比电容达到425.2F/g，在100A/g时比电容保持286.1F/g，超过了大多数生物质衍生碳电极的比电容。组装的对称超级电容器的最大能量密度为42.1Wh/kg。经过20000次循环后，容量保留超过98%，循环稳定性良好。此外，还通过分子动力学说明了孔隙结构对电化学性质的影响，进一步证明了芬顿预处理对于材料结构和性能的促进作用。该研究提出了一种新颖、绿色的纳米多孔结构预处理技术，可广泛应用于利用木质纤维素前驱体的多级多孔碳材料的合成。
（二）应用研究
1. 竹基多孔碳与木质纤维素酚醛树脂复合的高储钠硬碳材料
某公司申请了“木质纤维素酚醛树脂/掺杂的竹基多孔碳衍生的硬碳复合材料、制备方法与应用”专利，该专利于2024年6月25日首次公开，目前正处于“审核中”状态。该技术的核心在于以竹基多孔碳为基础，通过掺杂原子负载于其孔内及表面，使木质纤维素酚醛树脂原位裂解形成碳包覆层。通过木质纤维素酚醛树脂、掺杂原子与竹基多孔碳之间的协同作用，提升了硬碳复合材料的比表面积和导电性，展现出优异的电化学性能。此外，木质纤维素改性的酚醛树脂在竹基多孔碳表面形成的碳包覆层，减少了竹基多孔碳表面及掺杂原子与电解液的接触，从而降低副反应，减少不可逆容量损失，显著提高首次库伦效率，实现更高的储钠比容量。
2. 化学镀技术提升多孔碳电极性能
某公司申请了“多孔碳电极的改进处理方法、多孔碳电极及其应用”专利，该专利于2024年6月28日首次公开，目前正处于“审核中”状态。该技术的核心在于通过化学镀及后续的任选硫化步骤，均匀地在多孔碳电极表面附载过渡金属或其硫化物。经过改进处理的多孔碳电极具备高催化效率，能够有效改善液流电池的活性物质动力学性能和电池功率密度，为大规模液流电池电极催化剂的制备提供了新方法。
3. 氮锂掺杂多孔碳提升电极材料性能，降低材料缺陷
某公司申请了“一种氮锂掺杂多孔碳、硅碳复合材料及其制备方法和应用”专利，该专利于2024年4月5日首次公开，目前正处于“审核中”状态。该技术的核心在于通过在多孔碳中掺杂氮，提升材料的电子导电率并降低缺陷，从而提高首次效率。同时，掺杂锂化合物可进一步降低材料表面缺陷，改善首次效率。在碳基前驱体中加入造孔剂，有助于提升材料碳化过程中的孔均匀性和孔径尺寸，从而降低充放电过程中硅的膨胀。
4. 高能量密度硅碳复合材料的应用
某公司申请了“硅碳复合材料及包含其的负极极片”专利，该专利于2024年3月15日首次公开，目前正处于“审核中”状态。该专利涉及一种硅碳复合材料，其包括多孔碳骨架、含硅沉积层和含碳包覆层的颗粒。含硅沉积层位于多孔碳骨架的孔道中，含碳包覆层则覆盖在含硅沉积层和/或颗粒的表面上，硅碳复合材料的吸油值在35mL/100g至80mL/100g之间。该材料具有较高的能量密度和改善的循环寿命。此外，专利中还包括该材料的负极极片、二次电池、电池模组、电池包及用电装置。
5. 制备硬碳复合材料，提升钠离子电池性能
某公司申请了“一种硬碳复合材料及其制备方法、负极材料、钠离子电池及用电设备”专利，该专利于2024年10月8日首次公开，目前正处于“申请中”状态。该专利涉及一种硬碳复合材料，包括碳锡内层材料和包覆外层。碳锡内层材料由多孔硬碳基体及填充在其孔洞中的含锡化合物构成，包覆外层为硬碳包覆层。该专利还公开了硬碳复合材料的制备方法，有效缓冲了负极材料的体积膨胀，提升了嵌钠/脱钠容量及循环性能。
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