Il mercato dello stoccaggio dell'energia portatile ed elettrico è stato a lungo dominato dalle batterie agli ioni di litio (LIB) e dai supercondensatori, che superano altri sistemi di stoccaggio dell'energia nella loro capacità di fornire energia e potenza più elevate.
Tuttavia, in applicazioni critiche come i veicoli elettrici, vi è una crescente domanda di un dispositivo in grado di produrre in modo efficiente sia alta potenza che alta energia per un numero significativo di cicli. Il rispetto di questi standard rigorosi presenta nuove sfide per le tecnologie esistenti, spingendo i ricercatori a esplorare tecnologie alternative per i dispositivi di stoccaggio dell'energia.
Una strategia promettente è quella di modificare l’anodo di carbonio duro ad alta conduttività, che presenta un’eccellente stabilità strutturale, per abbinarlo a un catodo di carbone attivo, creando così un LIC (condensatore agli ioni di litio) a doppio carbonio. In uno studio recente, è stata impiegata un'espansione in situ one-pot e una strategia di drogaggio eteroatomico per preparare carbonio duro simile a un foglio, mentre il carbone attivo è stato ottenuto attraverso processi di attivazione.
"Tuttavia, la mancata corrispondenza della cinetica ionica tra catodo e anodo può portare a una durata del ciclo insoddisfacente e al degrado dell'anodo", ha spiegato Yingxiong Wang, corrispondente di un nuovo studio che ha affrontato questa limitazione. "Abbiamo utilizzato un metodo speciale per creare due tipi di materiali di carbonio:carbonio duro simile a un foglio e carbone attivo."
Wang e i suoi colleghi hanno utilizzato il persolfato di ammonio per espandere e modificare il carbonio duro, rendendolo migliore per l’uso nelle batterie. I materiali in carbonio, noti come FRNS-HC e FRNS-AC, sono stati realizzati con residui di furfurale, che sono gli avanzi di una sostanza naturale. Sono stati poi testati in LIB.
"I risultati sono stati impressionanti:quando FRNS-HC veniva utilizzato come parte negativa della batteria, poteva immagazzinare 374 mAh g -1 a basso livello di potenza e 123,1 mAh g -1 a un livello di potenza più elevato", ha affermato Wang. "Se combinata con uno speciale materiale di carbonio poroso come parte positiva della batteria, l'intera batteria ha mostrato un'elevata energia specifica di 147,67 Wh kg -1 , con una potenza di circa 199,93 W kg -1 ."
In particolare, la batteria è durata molto a lungo, senza quasi alcuna perdita di prestazioni anche dopo essere stata caricata e scaricata 1.000 volte. Il team ha pubblicato i risultati su Green Energy &Environment .
"Raccomandiamo l'uso di materie prime basate sulla biomassa come precursori del carbonio, insieme a tecniche di sintesi efficienti ed ecocompatibili", ha affermato Wang. "Questo studio offre un approccio promettente per creare carbonio poroso drogato con eteroatomi dai rifiuti di biomassa e presenta un grande potenziale per lo sviluppo di dispositivi ad alta densità di energia."
Ulteriori informazioni: Xiaoying Guo et al, Carbonio laminare co-drogato azoto-zolfo derivato da residui di furfurale:un elettrodo eccellente per condensatori agli ioni di litio a doppio carbonio, Energia verde e ambiente (2023). DOI:10.1016/j.gee.2023.05.007
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