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湘潭大学新能源材料研究所

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湘潭大学《Energy Fuels》:废玉米芯为原料制备硬碳材料,用于钠离子电池阳极

来源: 发布时间:2024-04-11 浏览量:


1成果简介 

 

生物质衍生硬碳作为钠离子电池(SIB)的负极材料,因其成本低廉、资源丰富、电化学性能优异而展现出巨大的潜力。然而,相对较低的初始库仑效率(ICE)极大地限制了硬碳负极材料在钠离子电池中的实际应用。本文, 湘潭大学王先友教授团队在《Energy Fuels》期刊发表名为“Electrochemical Behavior of the Biomass Hard Carbon Derived from Waste Corncob as a Sodium-Ion Battery Anode”的论文,研究以生物质废弃玉米芯为原料,合成了玉米芯衍生硬碳(CDHC)材料。
研究发现,合成硬碳材料的层间距大于 0.37 nm,明显超过了石墨的层间距。这种较大的层间距有利于钠离子在充放电过程中的插层和脱层能力。将 CDHC 应用于钠离子电池的负极时,它显示出优异的储钠性能,最大可逆容量约为311mAh g-1,第一库仑效率接近 80%

2图文导读  


1.玉米芯衍生硬碳(CDHC)材料样品的合成过程图。


2.a CDHC-1150CDHC-1300 CDHC-1450 XRD 图谱和 (b) 拉曼光谱。(c N2吸附-脱附等温线和(dCDHC-1150CDHC-1300CDHC-1450相应的孔径分布曲线。


3.a d CDHC-1150、(b e CDHC-1300 和 (c f CDHC-1450 SEMHRTEM 图像和 SAED 图谱。

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4.CDHC-1150CDHC-1300 CDHC-1450 的第一周期 CV 曲线 (a) 和 CV 曲线 (b–d)。(e CDHC-1300 在多种扫描速率下的 CV 曲线和 (f CDHC-1300 电极的对数峰值电流和对数扫描的相应关系。



5.a CDHC-1150、(b CDHC-1300 和 (c CDHC-1450 0.1C时第 12350 100 个循环的充放电曲线。(e CDHC的储存机理和(fg)容量贡献分析


6.对于所有CDHC样品,(a0.12°C的速率能力,(b)多种电流密度下的平台和斜率能力,(c)电化学阻抗谱,以及(d0.1°C下的循环性能。



3小结 

 

以成本低廉、来源广泛的玉米芯为原料,通过预碳化、酸碱处理、球磨和高温热解,成功合成了硬碳材料。同时,还仔细评估了热解温度对 CDHC 材料性能的影响。合成的硬碳材料层间距大于0.37nm,比表面积较小。尤其是 CDHC-1300 材料的层间距为0.376nm,孔体积为 0.04237cm3g-1)。玉米芯衍生硬碳材料的钠储存机制包括吸附和插层的结合,符合所谓的 "吸附-插层 "模型。在0.1C的电流密度下,首次放电比容量为391mAh g-1,初始库仑效率约为80%。即使经过100次循环,放电比容量仍保持在250mAh g-1。因此,玉米芯衍生硬碳具有出色的钠离子存储性能、简单的合成工艺和可持续的生物质来源,有望用作SIB的负极材料。

 

文献:

https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c00564   

本文转自: https://mp.weixin.qq.com/s/fHHz46jKnR8Mfy5VRzNkGw

 

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