Углеродные материалы для технологий перезаряжаемых батарей с интеркаляцией ионов

При низких окислительно-восстановительных потенциалах углеродные материалы могут служить идеальными анодами для щелочных металло-ионных батарей типа «кресло-качалка». Вместе с тем интеркаляция анионов акцепторного типа в графитовые углеродные материалы также признана простым и обратимым процессом, протекающим при высоких окислительно-восстановительных потенциалах. На основе графитовых углеродных материалов с интеркаляцией анионов активно развиваются различные технологии двухионных батарей и алюминий-ионных батарей. В настоящем обзоре обобщены значительные достижения в области управления пористой структурой, химическим составом и межслоевым расстоянием углеродных материалов. Повторно рассмотрены фундаментальные механизмы функционирования углеродных материалов в качестве носителей катионов и анионов с подробным анализом их электрохимии, влияния интеркалянта и форм интеркаляции. Далее представлен современный прогресс в разработке новых углеродных наноструктур и устройств накопления энергии на основе углерода, при этом особое внимание уделено установлению взаимосвязи между структурой и электрохимическими свойствами, а также оценке конфигурации устройств, электрохимических реакций и показателей эффективности. Наконец, приведены перспективы решения сохраняющихся проблем, что будет способствовать разработке новых концепций углеродных материалов и аккумуляторных технологий на основе углерода для их коммерческого внедрения.