Marknaden för bärbar och elektrisk energilagring har länge dominerats av litiumjonbatterier (LIB) och superkondensatorer, och överträffar andra energilagringssystem i deras förmåga att ge högre energi och kraft.
Men i kritiska applikationer som elfordon finns det en växande efterfrågan på en enhet som effektivt kan producera både hög effekt och hög energi under ett betydande antal cykler. Att uppfylla dessa rigorösa standarder innebär nya utmaningar för befintlig teknik, vilket får forskare att utforska alternativa tekniker för energilagringsenheter.
En lovande strategi är att modifiera den högledande hårda kolanoden, som uppvisar utmärkt strukturell stabilitet, för att matcha den med en katod med aktivt kol, och på så sätt skapa en tvåkols LIC (litiumjonkondensator). I en nyligen genomförd studie användes en in-situ expansions- och heteroatomdopningsstrategi för att framställa arkliknande hårt kol, medan det aktiva kolet erhölls genom aktiveringsprocesser.
"Men, jonkinetikens oöverensstämmelse mellan katod och anod kan leda till otillfredsställd cykellivslängd och anodnedbrytning", förklarade Yingxiong Wang, motsvarande en ny studie som tog upp denna begränsning. "Vi använde en speciell metod för att skapa två typer av kolmaterial:arkliknande hårt kol och aktivt kol."
Wang och hans medarbetare använde ammoniumpersulfat för att expandera och modifiera det hårda kolet, vilket gjorde det bättre att använda i batterier. Kolmaterialen, kända som FRNS-HC och FRNS-AC, tillverkades av furfuralrester, som är rester från ett naturligt ämne. De testades sedan i LIBs.
"Resultaten var imponerande – när FRNS-HC användes som den negativa delen av batteriet kunde det lagra 374 mAh g -1 vid låg effektnivå och 123,1 mAh g -1 vid en högre effektnivå", sa Wang. "När det kombinerades med ett speciellt poröst kolmaterial som den positiva delen av batteriet, visade hela batteriet en hög specifik energi på 147,67 Wh kg -1 , med en uteffekt på cirka 199,93 W kg -1 ."
Notera att batteriet också höll väldigt länge, med nästan ingen prestandaförlust även efter att ha laddats och urladdats 1 000 gånger. Teamet publicerade sina resultat i Green Energy &Environment .
"Vi rekommenderar användningen av biomassabaserade råvaror som kolprekursorer, tillsammans med effektiva och miljövänliga syntestekniker", säger Wang. "Denna studie erbjuder ett lovande tillvägagångssätt för att skapa heteroatomdopat poröst kol från biomassaavfall, och den har stor potential för att utveckla enheter med hög energidensitet."
Mer information: Xiaoying Guo et al, Furfural-rester härledd kväve-svavel-samdopat arkliknande kol:En utmärkt elektrod för dubbla kollitiumjonkondensatorer, Green Energy &Environment (2023). DOI:10.1016/j.gee.2023.05.007
Tillhandahålls av KeAi Communications Co.
