什么是活性炭？

你是否聽(tīng)說(shuō)過(guò)夾碳布、碳布？要認(rèn)識(shí)這兩種材料，我們可以先來(lái)看看兩者的外觀。

活性炭和硬碳看似只是黑色的小顆?；蚍勰?，其實(shí)它們并不簡(jiǎn)單，性能差別也很大。

活性炭是一種多孔材料，而多孔材料具有特殊的性能和應(yīng)用空間。根據(jù)孔徑大小可以將多孔材料上的孔分為微孔、介孔、大孔。

●微孔：孔徑<2nm

●介孔：孔徑2nm-50nm

●大孔：孔徑>50nm

1mm=1000000nm，如果按照一根頭發(fā)的粗細(xì)0.1mm，即100000nm，那么頭發(fā)絲直徑是一個(gè)50nm介孔的2000倍。

多孔材料上的孔很小，但量變引起質(zhì)變，豐富的孔隙讓材料具有極大的比表面積?！氨缺砻娣e”一般用單位質(zhì)量的物體所具有的表面積來(lái)表示。

作為多孔材料，活性炭的比表面積可達(dá)到1000-3000㎡/g。1g物體上能有這么大的表面積，是不是超乎想象？

它們都與碳有關(guān)，但是使用的原料、制造工藝、應(yīng)用領(lǐng)域卻不一樣。

從特性上看，多孔材料具有很好的吸附性，一是物理吸附——由于固體的多孔材料與氣體或液體的被吸附物之間有分子間的彌散作用和靜電作用，二是化學(xué)吸附——由于多孔材料表層分子與被吸附物的分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

也因此，人們將活性炭用于制作空氣凈化器濾網(wǎng)的夾碳布，發(fā)揮吸附、過(guò)濾作用。

（參看：什么是夾碳布？什么又是碳布？）

此外，活性炭也可應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域，作超級(jí)電容器電極材料。

除了孔隙數(shù)量之多，活性炭的形態(tài)也多種多樣，不只是常見(jiàn)的黑色小顆?；蚍勰?，而是包括粉狀、破碎狀、柱狀、球形、布類（碳纖維布）、氈類（碳纖維氈）等等。

什么是硬碳？

硬碳雖然也有微孔，它的比表面積卻遠(yuǎn)小于活性炭，一般不高于5㎡/g。硬碳常見(jiàn)于鋰離子電池、鈉離子電池的負(fù)極材料。

鋰離子電池一般由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液組成。負(fù)極材料的類型很多，它們需要滿足的要求中有一點(diǎn)是“可逆脫、嵌鋰的容量大”。

市場(chǎng)上應(yīng)用最多的負(fù)極材料是人造石墨。石墨的結(jié)構(gòu)是多層平行的六角形網(wǎng)，當(dāng)石墨材料作為鋰電池負(fù)極，鋰離子可以在平行的層與層之間嵌入和脫出。

雖然人造石墨負(fù)極的用量最大，但同為碳材料的硬碳作為負(fù)極材料的比容量更高，可達(dá)700mA·h/g，約為石墨的2倍。

這是由于硬碳的特殊結(jié)構(gòu)帶來(lái)了更多儲(chǔ)鋰點(diǎn)位。硬碳的結(jié)構(gòu)是許多無(wú)序的單層石墨雜亂連接，類似于大量散落的卡片。

于是，鋰離子可以在硬碳的大量碳原子層兩面，可以在每個(gè)微晶的外層，可以占據(jù)最鄰近的晶格點(diǎn)，當(dāng)然，也可以嵌入在微孔中。硬碳的儲(chǔ)鋰形式非常豐富。

目前鋰離子電池領(lǐng)域仍然是人造石墨負(fù)極的天下，而隨著對(duì)鈉離子電池的研究，硬碳有望成為鈉電負(fù)極材料的首選。