Charakterisierung und Aufbereitung von nanoporösem Kohlenstoff aus Hanfstämmen als Anode für Lithium-Ionen-Batterien

Einführung

Obwohl Biomasseabfälle hochwertige funktionale Materialien sind, wird eine große Menge erneuerbarer landwirtschaftlicher Abfälle nur begrenzt verwertet. Es wurde berichtet, dass Biomasseabfälle als Aktivkohle aufbereitet und als Adsorptionsmaterial verwendet werden [1,2,3,4]. Vinod Kumar Guptaet al. [1] zubereitete Aktivkohle aus Ficus carica Faser verwendet und als potentielles Adsorptionsmittel für die Cr(VI)-Entfernung verwendet, und die maximale Adsorptionskapazität von Cr(VI) betrug 44,84 mg/g. Biomasseabfälle können auch als Wasserstoffspeichermaterial verwendet werden [5,6,7]. W.Zhaoet al. [5] präparierte Aktivkohle mit Oberflächenbereichen von 3155 m ² /g aus mit Stickstoff dotiertem Bambus. Natürlich kann auch Biomasse-Kohlenstoff in Superkondensatoren verwendet werden [8, 9]. Youning Gong, Chunxu Pan et al. [8] synthetisierten dreidimensionalen porösen graphitischen Biomassekohlenstoff und untersuchten seine elektrochemische Leistung als Elektrodenmaterialien für Superkondensatoren. Die Elektrode wies eine hohe spezifische Kapazität von 222 F/g bei 0,5 A/g auf und untersuchte ihre elektrochemische Leistung als Elektrodenmaterialien für Superkondensatoren. Erwähnenswert ist, dass das Anodenmaterial von Lithium-Ionen-Batterien eine wichtige Anwendung auf Funktionsmaterialien ist [10,11,12,13,14,15,16,17]. Ran-Ran Yao et al. [10] synthetisierte hohle Graphenkugeln durch Ölbeutelemulsionsflüssigkeitstechnologie, die gute elektrochemische Eigenschaften der Lithiumspeicherung aufweist. Die hohe Leistungsfähigkeit von hohlen Graphenkugeln ist auf die hohle Struktur, dünne Schalen und poröse Schalen aus Graphenscheiben zurückzuführen. Yi-Li, Chun-Li et al. [11] stellten eine neuartige mesoporöse Aktivkohle her, die durch Karbonisierung und KOH-Aktivierung aus Maisstängelkernen gewonnen wurde und deren BET-Oberfläche 393,87 m ² . beträgt /g und die Aktivkohleanode besitzt eine ausgezeichnete reversible Kapazität von 504 mAh/g nach 100 Zyklen bei 0,2 °C. In den letzten Jahren wurden immer mehr Erfolge bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen für Kohlenstoffmaterialien und der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien berichtet [18,19,20,21,22]. Qigang Han, Zheng Yi et al. [18] stellten eine eindimensionale bioinspirierte Bambuskohlefaser und deren Verbundstoff her. Der Verbund wird als Anode von Lithium-Ionen-Batterien verwendet, eine hohe reversible Kapazität von 627,1 mAh/g wird über 100 Zyklen bei einer Stromdichte von 100 mAh/g aufrechterhalten. Im Allgemeinen sind die Biomasseabfälle vielversprechend für die Aufbereitung von energetischen Materialien, und es ist von großer Bedeutung, neue Abfallressourcen legitim zu erschließen.

Hanf ist eine grüne, nachhaltige und ertragreiche Kulturpflanze, und ihre Quellen werden vor dem Hintergrund des immer stärker werdenden Hanfanbaus weiter ausgebaut. Heutzutage wird Hanf in vielen Bereichen verwendet. Thomas M. Attard et al. [23] erhielt Polymer-CBD mit hoher klinischer therapeutischer Wirksamkeit durch Soxhlet-Extraktion von Hanfstaubrückständen. Hanf kann auch als Zuschlagstoff für Beton verwendet werden [24, 25]. M.Rahimet al. [24] untersuchten die thermischen Eigenschaften von drei biobasierten Materialien, darunter Hanfbeton, und die Ergebnisse zeigten, dass diese Baumaterialien eine interessante Wärmespeicherkapazität und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Hom Nath Dhakal et al. [26] stellten Biokomposite mit Poly(ε-caprolacton) und Lignozellulose-Hanffasern durch einen Doppelextrusionsprozess für Leichtbauanwendungen her. Außerdem kann industrielles Cannabis auch ein Vorläufer der Ethanolproduktion sein [27]. Ein begrenzter Hanfstamm wird jedoch unter den Bedingungen des großflächigen Hanfanbaus rationell genutzt. Die industrielle Anwendung von Biomasseabfällen Hanfstroh kann nicht nur Umweltbelastungen und Ressourcenverschwendung durch unsachgemäße Behandlung landwirtschaftlicher Abfälle reduzieren, sondern auch die Wertschöpfung der entsprechenden Industrien steigern. Darüber hinaus ist die Anwendung von Hanfstängeln auf Lithium-Ionen-Batterien ein Thema, das es wert ist, untersucht zu werden.

In den vorherigen Berichten zeigen Hanfstängel aufgrund der natürlichen porösen Eigenschaft und der ausgezeichneten Struktur der Hanfstängel eine hervorragende Leistung [28, 29]. Ru Yang, Jianchun Zhang et al. [30,31,32] präparierten aus Hanfstämmen gewonnene Aktivkohle mit hoher spezifischer Oberfläche durch verschiedene Aktivierungsverfahren für Adsorptionsmaterialien und energiebezogene Anwendungen. MinHo Yang et al. [22] erhielten heterogene 3D-Katalysatoren aus vertikalem MnO₂ Drähte, die durch ein einstufiges hydrothermales Verfahren auf porösem 3D-Kohlenstoff aus Hanf aufgebracht wurden. Wei Sun, Stephen M. Lipk et al. [33] stellten Aktivkohlen her, die aus rohen Hanfstängeln (Hirde und Bast) durch hydrothermale Verarbeitung und chemische Aktivierung gewonnen wurden, und schlugen eine einfache Beziehung zwischen der spezifischen Flächenkapazität und dem Anteil an Mikroporen nach der Mischungsregel vor. Ji Zhang, Jianmin Gao et al. [34] stellten Aktivkohle auf Hanfstielbasis mit großer Oberfläche durch KOH-Aktivierung her und untersuchten den Einfluss des Imprägnierverhältnisses, der Aktivierungstemperatur und der Aktivierungszeit auf die spezifische Wechselstromoberfläche und den Reaktionsmechanismus während der Materialvorbereitung. Shan Liu, Lei Ge et al. [35] präparierte Biomasse-Kohlenstoffmaterialien aus Hanfhorde und gerösteter Hanfhorde, aktiviert durch CO₂ oder ZnCl₂ , die physikalischen Aktivierungs- bzw. chemischen Aktivierungsprozessen entsprechen.

Als natürliche Biomasseressource werden Hanfstängel normalerweise zur Herstellung von porösem Kohlenstoff als Adsorptionsmittel oder Wasserstoffspeichermaterial verwendet [31, 35]. Hanfstämme werden jedoch bisher kaum als poröser Kohlenstoff aus Biomasse für Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien hergestellt. In diesem Artikel wird der Vorteil von Hanfstämmen als Anodenmaterialien für Lithiumbatterien untersucht, der durch die Porosität von Hanf induziert wird. Inzwischen wird eine neue Art von amorphem Kohlenstoff durch Pyrolyse und Karbonisierung von Hanfstängeln synthetisiert. Die vorbereiteten ACs aus Hanfstämmen haben eine ausgezeichnete elektrochemische Leistung für Anoden von Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund seiner reichhaltigen Ressourcen und geringen Herstellungskosten glauben wir, dass es eines der vielversprechendsten Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien sein wird.

Methoden

Herstellung von Aktivkohle aus Hanfstämmen

Rohe Hanfstämme wurden aus dem Feld der Provinz Heilongjiang gewonnen. Die geschälten Hanfstängel wurden mit entionisiertem Wasser gewaschen, bei 60 °C getrocknet und pulverisiert. Eine bestimmte Menge Pulver wurde zur Carbonisierung 3 h lang unter Argon (Inertgas) mit einer Geschwindigkeit von 5 °C/min auf 300 °C erhitzt, während viel Teer zersetzt und freigesetzt wird. Die Vorstufe wurde gründlich mit ZnCl₂ . vermischt bei einem Massenverhältnis von 1:5, und die Mischung wurde in einen Röhrenofen gegeben. Die Temperatur wurde 3 Stunden lang auf 500–800 °C erhöht und auf Raumtemperatur abgekühlt. Nachdem das Aktivierungsprodukt gemahlen wurde, wird es 24 h lang in eine 2-mol/l-Salzsäurelösung eingetaucht, um restliche anorganische Verunreinigungen zu lösen, und dann wiederholt mit entionisiertem Wasser gewaschen, bis der pH-Wert der Lösung 7 beträgt, und getrocknet. Von Hanfstämmen abgeleitete Aktivkohleproben wurden als AC-λ bezeichnet, wobei λ die Aktivierungstemperatur darstellte. Die Proben wurden einem Karbonisierungsprozess unterzogen und bei 600°C ohne Zugabe von ZnCl₂ . weiterverarbeitet , die als Referenzproben mit der Bezeichnung UAC festgelegt wurden.

Materialcharakterisierung

Die Pulver-Röntgenbeugungsmuster (XRD) wurden auf einem Siemens D5000 Röntgendiffraktometer mit nickelgefiltertem Cu Kα . erhalten 1 Strahlung. Raman-Spektren wurden auf einem Renishaw-Invia-Instrument aufgenommen. Die Morphologie des porösen Kohlenstoffs wurde durch Rasterelektronenmikroskopie mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (JEOL JSM-6700F) beobachtet. Die Mikrostruktur der Materialien wurde durch Transmissionselektronenmikroskopie (JEM-2100F) untersucht. Die spezifische Oberfläche und die Porengrößenverteilung der Kohlenstoffe wurden durch Stickstoffadsorptions-Desorptionsmessungen (Micromeritics, ASAP2420) gemessen.

Elektrochemische Messungen

Der poröse Kohlenstoff, Acetylenruß und Polyvinylidenfluorid (PVDF) wurden in einem Mörser mit einem Massenverhältnis von 8:1:1 mit einer geeigneten Menge N . gleichmäßig gemahlen -Methyl-2-pyrrolidon (NMP). Die Mischung wurde mehrere Stunden magnetisch gerührt, um eine gleichförmige Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wurde gleichförmig auf eine Kupferfolie aufgetragen und in einem Vakuumofen bei 120ºC 12 h lang getrocknet. Die kreisförmige Anode mit einem Durchmesser von 10 mm wurde durch eine Tablettiermaschine erhalten. Die Knopfbatterie (CR2025) ist in einem mit Argon gefüllten Handschuhfach mit einer Feuchtigkeits- und Sauerstoffkonzentration von weniger als 0,1 ppm im Inneren des Gehäuses montiert. Das Lithiumblatt wird als Gegenelektrode und Referenzelektrode verwendet, und der Separator besteht aus Polypropylen. Das Lösungsmittel im Elektrolyten ist eine Mischung aus EC, DMC und EMC mit einem Volumenverhältnis von 1:1:1 gelöst in 1 M LiPF₆ . Nach der Montage wird der Zyklusleistungstest vom LAND-Batterietestsystem bei einem Testspannungsbereich von 0,02 bis 3   V durchgeführt. Die zyklische Voltammetrie (CV)-Kurve und der Impedanztest werden an der elektrochemischen Workstation durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Die Hanfstängel werden vorbehandelt, um das Hanfstängelpulver wie in Fig. 1a gezeigt zu erhalten, und dann carbonisiert, um das Karbid zu erhalten, wie in Fig. 1b gezeigt. Wie in Abb. 1c, d gezeigt, wurde die Morphologie der UAC- und AC-600-Probe durch SEM charakterisiert. Beide Proben bestehen insgesamt aus amorphem Kohlenstoff, es werden keine offensichtlichen Makroporen beobachtet. Die Rolle des Aktivators ZnCl₂ soll die Porenbildung fördern und Teer und andere Nebenprodukte lösen [28]. Das Bild zeigt auch, dass AC-600 ein Komplex aus einer großen Anzahl von blattartigen Strukturen und schlitzartigen Zwischenräumen ist, die mehr aktive Zentren bieten. Abbildung 2a, b zeigen TEM-Muster von UAC und AC-600. Im Vergleich zu UAC hat AC deutlichere Poren als UAC, was dazu führt, dass mehr aktive Zentren bereitgestellt werden und somit die spezifische Kapazität der Batterien erhöht wird. Abbildung 2c, d zeigt hochauflösende TEM-Spektren von UAC und AC-600. Es ist ersichtlich, dass UAC bei hoher Vergrößerung Poren aufweist und hauptsächlich mikroporös ist. Im Vergleich zu UAC hat AC-600 mehr Poren und größere Porengrößen, was auf eine hervorragende Aktivierungswirkung des Materials hinweist. Im Allgemeinen wird die Porosität von AC auf die natürliche innere poröse Struktur der Hanfstiele und die gute Aktivierungswirkung des Aktivators zurückgeführt.

a Hanfstängelpulver. b Hanfstiel aus Hartmetall. c SEM-Bild von UAC. d SEM-Bild von AC

a TEM-Muster von UAC. b TEM-Muster von AC. c HRTEM-Muster von UAC. d HRTEM-Muster von AC

Die Röntgenbeugungsmuster von UAC und AC sind in Fig. 3a gezeigt. Ein breiter Beugungspeak um 22° entspricht der (002)-Reflexion der Graphitstruktur, die auf das Vorhandensein kontinuierlicher paralleler Graphitschichten im Material verteilt ist. Der relativ schwache Peak bei 44°, der der Kristallebene (100) entspricht, wird als Wabenstruktur betrachtet, die durch sp2-Hybridisierung gebildet wird [30, 31]. Außerdem wurden bei diesen beiden Beugungspeaks keine scharfen Peaks beobachtet, was darauf hindeutet, dass beide Proben die Struktur des ungeordneten Kohlenstoffmaterials außerhalb der Ordnung aufweisen.

a Röntgenbeugungsmuster. b Raman-Spektren von UAC und AC

Die Raman-Spektren von AC und UAC sind in Abb. 3b dargestellt. Das D-Band repräsentiert die ungeordnete Kohlenstoffschichtstruktur und Defekte im Kohlenstoffmaterial, und das G-Band bedeutet die Schwingung von sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen in der Graphitschichtstruktur. Normalerweise ich _D /Ich _G wird verwendet, um den Unordnungsgrad von Kohlenstoff anzuzeigen. Das Ich _D /Ich _G von zwei Kohlenstoffmaterialien beträgt 1,15 und 1,17, was darauf hinweist, dass beide eine hohe Amorphität, mehr Kanten und andere Defekte aufweisen. Diese Eigenschaften bieten mehr aktive Zentren für die Insertion von Lithiumionen, die von großem Nutzen sind, um die reversible Kapazität der Elektroden zu verbessern.

Die Ergebnisse der Oberfläche und der Porengrößenverteilung von AC sind in Abb. 4 dargestellt. Die Isotherme kann als Typ I ausgedrückt werden, was darauf hinweist, dass das Kohlenstoffmaterial viele Mikroporen aufweist. Die geschlossene Hystereseschleife der Adsorptions-Desorptions-Isotherme kann als H4-Typ klassifiziert werden, was auf das Vorhandensein von schlitzartigen Poren hinweist, die durch die Ansammlung von Materialtrümmerpartikeln gebildet werden. Es bietet eine ausgezeichnete spezifische Oberfläche mit einem BET-Wert von 589,54 m ² /g. Die Porengröße von AC ist hauptsächlich im Bereich der Mikroporen verteilt, was sich auf Poren kleiner als 2 nm bezieht, was mit den Ergebnissen der N₂ . übereinstimmt Adsorptions-Desorptions-Isotherme. Das Porenvolumen und der durchschnittliche Porendurchmesser von AC betrugen 0,332 cm ³ . /g bzw. 2.250  nm. Es gibt nicht nur viele Mikroporen, sondern auch Mesoporen im Material, die mehr aktive Zentren bereitstellen und die zyklische Insertion und Extraktion von Lithiumionen erleichtern. Die Übertragungsgeschwindigkeit von Ionen wird verbessert und die Impedanz von Batterien verringert [13].

Isotherme Adsorptions-Desorptions-Kurve von AC (Abbildung ist die Porengrößenverteilung)

Um das elektrochemische Verhalten des porösen Materials zu untersuchen, wurde das Material anhand der Zyklenstabilitätsleistung, der Ratenleistung, der Impedanz und der zyklischen Voltammetrie (CV) für die Anode von Lithium-Ionen-Batterien getestet.

Abbildung 5a zeigt die Lade-Entlade-Zyklusleistung von Aktivkohle bei unterschiedlichen Aktivierungstemperaturen bei einer Rate von 0,2 °C, wobei die blaue Linie der Coulomb-Effizienz von AC-600 entspricht. Es liefert eindeutig eine herausragende Fähigkeit, dass die spezifische Kapazität von AC-600 495,4 mAh/g beträgt, was viel höher ist als die theoretische Kapazität von Graphit. Die spezifische Erstentladungskapazität und die spezifische Ladungskapazität betragen 2469,7 mAh/g bzw. 1168,1 mAh/g. Der erste Zyklus weist eine schlechte Coulomb-Effizienz (nur etwa 36 %) auf, was mit den üblichen Eigenschaften der Zyklusleistung von Lithium-Ionen-Batterien übereinstimmt [15, 20]. Der enorme Kapazitätsverlust des ersten Zyklus wird dem irreversiblen Verbrauch einer großen Menge an Lithiumionen durch den Festelektrolytgrenzflächenfilm (SEI) zugeschrieben, der sich auf der Elektrodenoberfläche aufgrund der großen spezifischen Oberfläche bildet. Sein CE-Wert liegt bei etwa 100 %, was bedeutet, dass AC-600 eine geringe Kapazitätsverlustrate hat. Die Lade- und Entladekurven des ersten Zyklus bis zum 100. Zyklus von UAC und AC-600 sind in Abb. 5b, c gezeigt. Sowohl die Ladekapazität als auch die Entladekapazität werden mit zunehmender Zyklenzahl allmählich stabilisiert. Es kann festgestellt werden, dass der Koinzidenzzustand des 50. und 100. Lade-Entlade-Profils absolut beeindruckend ist, was darauf hindeutet, dass das Material eine gute Stabilität in der Zyklenleistung aufweist.

a Zyklusleistungskurven verschiedener Materialien. b , c Lade-Entlade-Spannungskurven von UAC und AC-600. d Bewerten Sie die Leistung von UAC und AC-600

Die Entladeleistung der Materialien wie vorbereitet bei Stromdichten von 0,2 C–5 °C ist in Abb. 5d dargestellt. Der AC-600 zeigt eine gute Rate-Fähigkeit mit durchschnittlichen Entladekapazitäten von 522,6 mAh/g, 295,6 mAh/g, 205,4 mAh/g, 142,9 mAh/g und 65,2 mAh/g bei Stromdichten von 0,2 °C, 0,5 °C, 1 °C, 2 °C und 5 °C, getrennt. Die Anfangsleistung des AC-600 ist höher und die Kapazität sinkt bei größeren Vergrößerungen deutlich, aber wenn die Entladungsrate wieder auf 0,2 °C zurückgeht, kann die Leistung des AC-600 immer noch auf eine höhere reversible Kapazität von 416,3 mAh . zurückgesetzt werden /g. Umgekehrt ist die anfängliche Kapazität von UAC niedriger, aber die Kapazität nimmt bei großen Raten weniger ab. Der UAC weist durchschnittliche Entladekapazitäten von 313,3 mAh/g, 255,7 mAh/g, 227,1 mAh/g, 209,2 mAh/g, 181,7 mAh/g und 323,5 mAh/g bei gleichen Stromdichten wie AC-600 auf. Obwohl es eine geringere spezifische Kapazität als AC-600 hat, weist es eine gute Kapazitätserhaltung auf. Dieses Phänomen ist auf die große spezifische Oberfläche von AC-600 zurückzuführen, die durch den Aktivierungsprozess verursacht wird, so dass die spezifische Oberfläche in Kontakt mit Lithiumionen zunimmt. Wenn der elektrochemische Zyklus fortschreitet, verbrauchen große Nebenreaktionen eine große Menge an Lithiumionen und sind irreversibel, was zu einer Abnahme der Kapazität führt.

Um den Ursprung der guten Leistung von AC-600 weiter zu bestätigen und auch die möglichen Gründe für den Leistungsabfall zu identifizieren, wurde das TEM-Spektrum des verbrauchten Elektrodenmaterials nach dem Zyklieren gemessen. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist eine Teiloberfläche des AC-600 nach dem Zyklus tatsächlich gebrochen, wodurch die innere poröse Struktur freigelegt wird. Dies kann auf den übermäßigen Aktivierungseffekt zurückgeführt werden, der an der Oberfläche des Kohlenstoffmaterials auftritt. Während der zyklischen Insertion-Extraktion von Lithiumionen treten partielle Oberflächenschäden und SEI-Neubildung auf.

TEM-Muster verbrauchter Elektrodenmaterialien nach Zyklen

Das Impedanzspektrum der Proben wurde getestet, um die Kinetik der Elektroden während des Ionentransports aufzuzeigen, wie in Abb. 7a, b gezeigt. Der hochfrequente Halbkreis entspricht dem Übergangswiderstand. Der Halbkreis des Zwischenfrequenzbereichs wird der Ladungstransferimpedanz an der Elektrode/Elektrolyt-Grenzfläche zugeschrieben. Die schräge Linie im Winkel von ca. 45° zur reellen Achse entspricht dem Lithium-Ionen-Diffusionsprozess in der Kohlenstoffelektrode [32]. In den Impedanzspektren von UAC wird aufgrund des großen Widerstands von UAC kein offensichtlicher Halbkreis beobachtet. Umgekehrt weist die Impedanzkarte von AC-600 einen relativ deutlichen Halbkreis auf. Dies wird auf die große Porenverteilung innerhalb der aktivierten Probe zurückgeführt, die den Transport von Lithiumionen fördert und das rechtzeitige Einbetten und Entweichen von Ionen in das Anodenmaterial beschleunigt. Die ersten 3 Zyklen der zyklischen Voltampere-Kurven (CV) bei einer Abtastrate von 0,1 mV/s zwischen 0,01 und 3,0 V sind in Abb. 7c, d dargestellt. Beim Reduktionsprozess des ersten Kreises gibt es einen scharfen Peak bei 0,7 V und einen schwachen Peak bei 1,35 V. Bei zwei Proben zeigte der kathodische Peak bei 1,35 V an, dass eine irreversible Reaktion zwischen Elektrode und Elektrolyt begonnen hat [18]. Der Peak um 0,7  V ist auf die Zersetzung des Elektrolyten auf der Elektrodenoberfläche und die Bildung des Festelektrolytgrenzflächenfilms (SEI) zurückzuführen. Diese Peaks verschwanden im darauffolgenden zweiten und dritten Zyklus, was darauf hindeutet, dass die obigen Reaktionen im ersten Zyklus irreversibel sind. Im ersten Zyklus findet der Lithium-Deinterkalationsprozess bei einem anodischen Peak um 0,25 V statt, was mit vielen berichteten Kohlenstoffsubstanzen übereinstimmt [8, 18]. Der Unterschied besteht darin, dass der Lithium-Deinterkalationsprozess von UAC bei niedrigen entsprechenden Spannungen schneller ist, während die Reaktion von AC-600 im gesamten Prozess flacher ist. Wenn man ausschließt, dass UAC kaum eine mesoporöse oder makroporöse Struktur ist, kann vernünftigerweise gefolgert werden, dass die Oberflächenporen der UAC stärker mit Lithiumionen verbunden sind, was zu einer schnelleren Lithiumentfernung von UAC während des Ladens führt. Sowohl AC-600 als auch UAC neigen dazu, allmählich mit den nachfolgenden zweiten und dritten Zyklen zusammenzufallen, und der zweite und dritte Kreis fallen in der Figur im Wesentlichen vollständig zusammen, was darauf hindeutet, dass das Elektrodenmaterial eine gute Stabilität aufweist.

a Impedanzspektren von AC-600. b Impedanzspektren von UAC. c Zyklische Voltammogramm-Profile von AC-600. d Zyklische Voltammogramm-Profile von UAC

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Aktivkohle auf Hanfstämmebasis in der Anode von Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird, was eine neue Idee für die industrielle Herstellung von kostengünstigen und hochkapazitiven Anodenmaterialien auf Hanfstämmenbasis bietet. Das aus Hanfstämmen gewonnene Biomasse-Kohlenstoffmaterial, das durch Karbonisierung und Aktivierung erhalten wird, ist ein typischer amorpher Kohlenstoff. Die Aktivkohle hat eine relativ offensichtliche Porenstruktur, ihre BET-Oberfläche erreicht 589,54 m ² /g, und der Porendurchmesser liegt hauptsächlich in Form von Mikroporen vor. Die Aktivkohle als Anodenmaterial erreichte nach 100 Zyklen bei 0,2°C eine hohe reversible Kapazität von 495 mAh/g. Die elektrochemische Leistung von Aktivkohle ist im Vergleich zu nicht aktivierter Kohle deutlich verbessert. Obwohl die durch die Aktivierungsmethode hergestellte Probe inhärente Mängel von viel Asche, der Produktion von flüchtigen Substanzen wie Teer und stark korrosiven Chemikalien an Geräten aufweist, bietet sie immer noch einen neuen Weg für die wertschöpfende Entwicklung und umfassende Verwertung von Biomasseabfällen Hanfstämme. Dieses Verfahren bietet eine effektive Methode zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von Anodenmaterialien und zur umfassenden Nutzung von Hanfstämmen.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Schlussfolgerungen in diesem Manuskript basieren auf den Daten, die alle in diesem Papier präsentiert und gezeigt werden.

Abkürzungen

AC:

Aktivkohle

CE:

Coulomb-Effizienz

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

DMC:

Dimethylcarbonat

EC:

Ethylencarbonat

EMV:

Ethylmethylcarbonat

SEI:

Festelektrolyt-Schnittstelle

UAC:

Nichtaktivierte Kohle