Rational Design of Spherical Carbon Materials: Resolving Performance Trade‐Offs in Electrochemical Energy Storage
Source abstract
Abstract
ABSTRACT The advancement of electrochemical energy storage is fundamentally constrained by the scarcity of electrode materials capable of synergistically combining high energy density, superior power density, and long‐term cyclability. Spherical carbon materials offer an optimal platform for this purpose, providing a distinctive combination of high packing density, isotropic electron/ion transport, and structurally tunable hierarchical porosity. However, the field remains limited to fragmented and case‐specific studies, lacking a universal framework to decipher intricate “structure‐property” relationships and overcome fundamental performance trade‐offs. To this end, this review proposes a pioneering “precursor, synthesis, structure, performance, and application” paradigm for comprehensively analyzing spherical carbon materials. This review methodically explores how precursor engineering and synthesis strategies dictate critical structural parameters and elucidates the mechanistic links between these architectures and their resulting electrochemical performance. Furthermore, we critically examine key strategies—such as hierarchical pore engineering, multiscale synergistic design, and interlayer/spatial modulation—that are instrumental in mitigating performance trade‐offs. These strategies are examined across a range of applications, including metal‐ion batteries, supercapacitors, Li–S batteries, and fuel cells. Finally, the review delineates prospective research trajectories, emphasizing challenges in sustainable synthesis, advanced mechanistic understanding, and practical device integration. This framework is designed to accelerate the rational design and realization of next‐generation spherical carbon materials.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Supercapacitor Materials and Fabrication · Advancements in Battery Materials · Electrocatalysts for Energy Conversion
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Shanxi Key Laboratory of Carbon Materials Institute of Coal Chemistry Chinese Academy of Sciences Taiyuan P. R. China
Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of Sciences Beijing P. R. China
College of Materials Science and Engineering Taiyuan University of Technology Taiyuan P. R. China
Funding
National Natural Science Foundation of China · Youth Innovation Promotion Association of the Chinese Academy of Sciences
References (100+)
Show source-provided references
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