Le marché du stockage d'énergie portable et électrique a longtemps été dominé par les batteries lithium-ion (LIB) et les supercondensateurs, surpassant les autres systèmes de stockage d'énergie dans leur capacité à fournir une énergie et une puissance plus élevées.
Cependant, dans les applications critiques telles que les véhicules électriques, il existe une demande croissante pour un dispositif capable de produire efficacement à la fois une puissance et une énergie élevées sur un nombre important de cycles. Le respect de ces normes rigoureuses présente de nouveaux défis pour les technologies existantes, incitant les chercheurs à explorer des technologies alternatives pour les dispositifs de stockage d'énergie.
Une stratégie prometteuse consiste à modifier l’anode en carbone dur hautement conductrice, qui présente une excellente stabilité structurelle, pour la faire correspondre à une cathode à charbon actif, créant ainsi un LIC (condensateur lithium-ion) à double carbone. Dans une étude récente, une stratégie d'expansion in situ et de dopage hétéroatomique a été utilisée pour préparer du carbone dur en forme de feuille, tandis que le charbon actif était obtenu par des processus d'activation.
"Cependant, une inadéquation de la cinétique des ions entre la cathode et l'anode peut conduire à une durée de vie insatisfaite du cycle et à une dégradation de l'anode", a expliqué Yingxiong Wang, correspondant d'une nouvelle étude portant sur cette limitation. "Nous avons utilisé une méthode spéciale pour créer deux types de matériaux carbonés :le charbon dur en forme de feuille et le charbon actif."
Wang et ses collègues ont utilisé du persulfate d'ammonium pour aider à dilater et à modifier le carbone dur, le rendant ainsi plus adapté à une utilisation dans les batteries. Les matériaux carbonés, connus sous les noms de FRNS-HC et FRNS-AC, ont été fabriqués à partir de résidus de furfural, qui sont des restes d'une substance naturelle. Ils ont ensuite été testés dans les LIB.
"Les résultats ont été impressionnants :lorsque le FRNS-HC était utilisé comme partie négative de la batterie, il pouvait stocker 374 mAh g -1 . à faible niveau de puissance et 123,1 mAh g -1 à un niveau de puissance plus élevé", a déclaré Wang. "Lorsqu'elle est combinée avec un matériau de carbone poreux spécial comme partie positive de la batterie, la batterie entière a montré une énergie spécifique élevée de 147,67 Wh kg -1 , avec une puissance de sortie d'environ 199,93 W kg -1 ."
Notamment, la batterie a également duré très longtemps, avec presque aucune perte de performances même après avoir été chargée et déchargée 1 000 fois. L'équipe a publié ses conclusions dans Green Energy &Environment. .
"Nous recommandons l'utilisation de matières premières à base de biomasse comme précurseurs de carbone, ainsi que des techniques de synthèse efficaces et respectueuses de l'environnement", a déclaré Wang. "Cette étude propose une approche prometteuse pour créer du carbone poreux dopé par des hétéroatomes à partir de déchets de biomasse, et elle présente un grand potentiel pour faire progresser les dispositifs à haute densité énergétique."
Plus d'informations : Xiaoying Guo et al, Résidus de furfural dérivés du carbone en forme de feuille co-dopé à l'azote et au soufre :une excellente électrode pour les condensateurs lithium-ion à double carbone, Énergie verte et environnement (2023). DOI :10.1016/j.gee.2023.05.007
Fourni par KeAi Communications Co.
