バイオマス由来炭素材料による電気化学エネルギー貯蔵：不確かな機能性、安定性、およびヘテロ原子ドーピングとのトレードオフ

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🔬研究者:Provides insights into design principles for heteroatom-doped biomass carbons, highlighting trade-offs between performance and stability.

抄録 バイオマス由来炭素材料は、電気化学エネルギー貯蔵のための持続可能で調整可能な材料として登場しているが、その性能は、不確かな構造‐機能関係と、ヘテロ原子ドーピングの複雑な役割によって強く影響を受ける。N、S、P、Bなどのヘテロ原子は、導電性、表面極性、活性サイト、イオン輸送を向上させることができるが、その正確な寄与は、機能の重複、不安定な結合配置、バイオマス前駆体の変動により、しばしば曖昧なままである。さらに、多元素ドーピングは、サイクル中の構造歪み、活性サイトの劣化、ドーパント移動に起因する、向上した電気化学活性と長期安定性の低下との間のトレードオフをもたらす。本総説は、これらの不確実性に関する既存の知見を検証し、ヘテロ原子ドープバイオマス炭素に関連する安定性の問題を評価する。ヘテロ原子をドープしたバイオマス由来材料の電気化学エネルギー貯蔵への応用は、特にスーパーキャパシタ、リチウムイオン電池（LIBs）、カリウムイオン電池（PIBs）、ナトリウムイオン電池（SIBs）、リチウム硫黄電池（LSBs）に関して、広く研究されてきた。著者らは、ヘテロ原子ドープバイオマス由来炭素の性能と安定性における固有のトレードオフについて議論した。トレードオフを改善するために、制御されたドーピング構造の検討が行われた。可能性のある障害と将来の見通しに関するレビューが提供される。本稿は、結論において強力かつ決定的な解決策を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

ABSTRACT Biomass‐derived carbon materials have emerged as sustainable and tunable materials for electrochemical energy storage, yet their performance is strongly influenced by uncertain structure–function relationships and the complex role of heteroatom doping. Although heteroatoms such as N, S, P, and B can enhance conductivity, surface polarity, active sites, and ion transport, their exact contributions often remain ambiguous due to overlapping functionalities, unstable bonding configurations, and variations in biomass precursors. Moreover, multi‐element doping introduces trade‐offs between improved electrochemical activity and reduced long‐term stability arising from structural distortion, active site degradation, and dopant migration during cycling. This review examines the existing knowledge regarding these uncertainties and assesses the stability issues related to heteroatom‐doped biomass carbons. The use of biomass‐derived materials doped with heteroatoms in electrochemical energy storage has been extensively studied, especially concerning supercapacitors, lithium‐ion batteries (LIBs), potassium‐ion batteries (PIBs), sodium‐ion batteries (SIBs), and lithium‐sulfur batteries (LSBs). Authors have discussed inherent trade‐offs in the performance and stability of heteroatom‐doped biomass‐derived carbons. An examination of controlled doping architecture was performed to enhance the trade‐offs. A review of possible obstacles and future outlooks is provided. The article provides a strong and definitive resolution in its conclusion.

• openalex https://doi.org/10.1002/slct.73416first seen 2026-05-20 05:03:20 · last seen 2026-05-31 05:21:13