硬碳材料简介

硬碳：是一种即使在2500℃以上也难以石墨化的碳，因其高的机械硬度而得名。硬碳的形态可以是球形的、线状的或多孔的。硬碳前驱体一般为热固性材料，因此在材料合成过程中其通常能够保持前驱体的形貌。高温碳化后硬碳中的短石墨烯片（也称为石墨域或伪石墨）呈短程有序排列，形成2到6层不等的有限堆叠，长度可达40 Å。

几种硬碳生物质前驱体

1. 椰壳

椰壳为椰子的内果皮，质地坚硬，一般被用于生产制作器皿、工艺品和活性炭。椰壳基硬碳孔隙结构发达，灰分含量及H/C 与 O/C 比低，是一种较理想的负极材料， 目前产业化进度较早，且性能较好。椰子的主要产区为斯里兰卡、 马来西亚、印度和菲律宾等，我国海南、台湾等地区有少量种植，其中海南省栽种面积国内占比超过99%。此外我国海南省相较 于菲律宾、印尼等椰子产区，纬度更高，日照时间及强度较弱，所产椰壳较薄，硬度偏低，并不是制造椰壳炭化料的材料，东南亚产椰壳一般为企业。

2.淀粉

淀粉是丰富的可再生生物材料之一，广泛存在于多种植物中。作为一种典型的多糖，淀粉成分简单，含碳量高，价格低廉，同时，相较于其他生物质前驱体，淀粉表现出的天然球形型态使其成为制备硬碳极具竞争力的前驱体材料。淀粉作为工业品，国内供给充足，纯度较高。淀粉是有机高分子碳水化合物，纯度较高。有机高分子化合物作为硬碳碳源时， 可以结合特定的合成方法得到具有特殊形貌的硬碳材料，合成工艺往往较为复杂， 但能够避免杂质，保障结构的一致性。

3. 毛竹

毛竹是禾木科刚竹属植物，竿型粗大，生长快，经 5-8 年生长材质即可稳定，是竹类中经济价值的竹种，广泛应用于建筑业、造纸业及其他领域。   我国竹林资源丰富。我国是毛竹的故乡且产量丰，第九次全国森林资源清查结果 显示，我国竹林面积为 641.16 万公顷，其中毛竹林占比 72.96%。毛竹在我国主要分布于秦岭汉水流域和长江流域以南地区。

4. 秸秆

秸秆作为农业废弃物，资源丰富。中国是农业大国，小麦、玉米和水稻等高产量农作物每年提供巨量的生物质秸秆资源。2020 年国内农作物秸秆生产量为 7.92 亿吨， 其中可收集资源量达6.67 亿吨。秸秆作为农业废弃物，长期以来主要被应用于取暖 能源、家畜饲料和有机肥料等方面，其中肥料化利用占比，2020 年占比 51.2%。