Một nhóm nghiên cứu đã công bố nghiên cứu mới về carbon xốp pha tạp nitơ cạnh cho tụ điện lai kali-ion lưu trữ năng lượng trong tạp chí Energy Material Advances.
Cực dương cacbon xốp pha tạp nitơ nồng độ cao thông qua chiến lược không cần mẫu dành cho tụ điện lai kali-ion hiệu suất cao. Nhà cung cấp: [TOC, USTC]
Wei Chen, giáo sư tại Trường Khoa học Hóa học và Vật liệu, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), cho biết: “Việc phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí là điều bắt buộc”. "Hiện tại, pin lithium-ion vẫn chiếm ưu thế trên thị trường, nhưng chúng bị hạn chế cả về lithium như nguồn tài nguyên lẫn mật độ năng lượng."
Chen giải thích rằng tụ điện lai kali-ion (PIHC) có một số lợi thế đáng kể khi thay thế cho pin lithium-ion, đặc biệt là tụ điện lai ion kali carbon kép (DC-PIHC) với cực âm carbon điện dung và cực dương carbon loại pin do khả năng chi phí thấp và mật độ năng lượng/năng lượng cao.
Chen cho biết: “Hiện nay, đối với cực dương carbon loại pin, động học phản ứng chậm và sự giãn nở thể tích lớn dẫn đến hiệu suất tốc độ kém và tuổi thọ chu kỳ dài ngắn, không thể so sánh với cực âm điện dung”. “Vì vậy, điều quan trọng là phải phát triển cực dương cacbon với hiệu suất vượt trội và tuổi thọ dài cho DC-PIHC.”
Nhiều chiến lược khác nhau đã được phát triển để điều chỉnh cấu trúc vi mô của vật liệu cacbon, chẳng hạn như pha tạp dị thể và xây dựng cấu trúc xốp để cải thiện hiệu suất điện hóa. Ngày nay, các phương pháp tổng hợp carbon xốp thường áp dụng nhiều mẫu khác nhau, điều này làm tăng giá thành và tạo ra nhiều sản phẩm phụ.
Hơn nữa, các loại pha tạp nitơ khác nhau thể hiện vai trò riêng biệt trong vật liệu carbon. Người ta đã chấp nhận rộng rãi rằng nitơ pyrrolic và nitơ pyridinic là các vị trí hoạt động điện hóa trong vật liệu carbon, trong khi nitơ than chì pha tạp vào mạng carbon không ảnh hưởng đến sự hấp phụ K + . Do đó, cần phải khám phá các chiến lược đơn giản và kinh tế để tổng hợp các nguyên tử cacbon xốp pha tạp nitơ cạnh nồng độ cao (nitơ pyrrolic và nitơ pyridinic).
Chen cho biết: “Trong bài báo này, chúng tôi đã phát triển một chiến lược không cần khuôn mẫu để chuẩn bị cực dương carbon xốp pha tạp nitơ cạnh (NPC) nồng độ cao của DC-PHIC có nguồn gốc từ D (+)-glucosamine hydrochloride (DGH) và chitosan carboxyl hóa. (CC), bao gồm hai bước trùng hợp thủy nhiệt và cacbon hóa ở nhiệt độ cao. Mục đích của chúng tôi là cung cấp nguồn cảm hứng cho nghiên cứu trong tương lai trong lĩnh vực này."
Chen cho biết : “Phân tích BET và XPS đã chứng minh rằng NPC có diện tích bề mặt riêng lớn (523,2 m2 / g) và thể hiện mức độ pha tạp nitơ cạnh cao 5,19%, giúp cải thiện khả năng hấp phụ và xen kẽ K + ”.
Chen cho biết : “Kết quả là cực dương NPC hiển thị công suất cao 315,4 mA hg -1 ở 0,1 A g -1 và công suất 189,1 mA hg -1 ở 5 A g -1 trong hơn 2.000 chu kỳ”. "NPC//CMK-3 PIHC đã lắp ráp cung cấp mật độ năng lượng cao 71,1 W h kg -1 với mức suy giảm công suất chỉ 0,0025% mỗi chu kỳ ở mật độ năng lượng 771,9 W kg -1 trên 8.000 chu kỳ."
