Fremme heteroatom-doterede porøse kulstof nanomaterialer til lithium-baserede energilagringsapplikationer

Det bærbare og elektriske energilagringsmarked har længe været domineret af lithium-ion-batterier (LIB'er) og superkondensatorer, der overgår andre energilagringssystemer i deres evne til at levere højere energi og strøm.

Men i kritiske applikationer såsom elektriske køretøjer er der en stigende efterspørgsel efter en enhed, der effektivt kan producere både høj effekt og høj energi over et betydeligt antal cyklusser. At opfylde disse strenge standarder giver nye udfordringer for eksisterende teknologier, hvilket får forskere til at udforske alternative teknologier til energilagringsenheder.

En lovende strategi er at modificere den højledende hårde carbon anode, som udviser fremragende strukturel stabilitet, for at matche den med en aktiveret carbon katode og dermed skabe en dual-carbon LIC (lithium-ion kondensator). I en nylig undersøgelse blev en one-pot in-situ ekspansion og heteroatom-dopingstrategi anvendt til at fremstille arklignende hårdt kul, mens det aktiverede kul blev opnået gennem aktiveringsprocesser.

"Ionkinetik-mismatch mellem katode og anode kan imidlertid føre til utilfredsstillet cykluslevetid og anodenedbrydning," forklarede Yingxiong Wang, svarende til en ny undersøgelse, der adresserede denne begrænsning. "Vi brugte en særlig metode til at skabe to typer kulstofmaterialer:arklignende hårdt kul og aktivt kul."

Wang og hans medarbejdere brugte ammoniumpersulfat til at hjælpe med at udvide og modificere det hårde kulstof, hvilket gør det bedre til brug i batterier. Kulstofmaterialerne, kendt som FRNS-HC og FRNS-AC, blev fremstillet af furfuralrester, som er rester fra et naturligt stof. De blev derefter testet i LIB'er.

"Resultaterne var imponerende – når FRNS-HC blev brugt som den negative del af batteriet, kunne det lagre 374 mAh g ^-1 ved lavt strømniveau og 123,1 mAh g ^-1 på et højere effektniveau," sagde Wang. "Når det kombineres med et specielt porøst kulstofmateriale som den positive del af batteriet, viste hele batteriet en høj specifik energi på 147,67 Wh kg ^-1 , med en effekt på omkring 199,93 W kg ^-1 ."

Navnlig varede batteriet også meget længe, ​​med næsten ingen tab i ydeevne, selv efter at være blevet opladet og afladet 1.000 gange. Holdet offentliggjorde deres resultater i Green Energy &Environment .

"Vi anbefaler brugen af ​​biomassebaserede råmaterialer som kulstofprækursorer sammen med effektive og miljøvenlige synteseteknikker," sagde Wang. "Denne undersøgelse tilbyder en lovende tilgang til at skabe heteroatom-doteret porøst kulstof fra biomasseaffald, og det rummer et stort potentiale for at fremme enheder med høj energitæthed."

Flere oplysninger: Xiaoying Guo et al., Furfural-rester afledt nitrogen-svovl co-doteret arklignende kulstof:En fremragende elektrode til dual-carbon lithium-ion kondensatorer, Green Energy &Environment (2023). DOI:10.1016/j.gee.2023.05.007

Leveret af KeAi Communications Co.