Thị trường lưu trữ năng lượng điện và di động từ lâu đã bị thống trị bởi pin lithium-ion (LIB) và siêu tụ điện, vượt qua các hệ thống lưu trữ năng lượng khác về khả năng cung cấp năng lượng và năng lượng cao hơn.
Một chiến lược sản xuất thương mại quy mô lớn các vật liệu cacbon xốp pha tạp chất dị hợp tử đã được đưa ra. Nguồn: X. Guo và cộng sự.
Tuy nhiên, trong các ứng dụng quan trọng như xe điện , nhu cầu ngày càng tăng về một thiết bị có thể tạo ra cả công suất cao và năng lượng cao một cách hiệu quả trong một số chu kỳ đáng kể. Việc đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe này đặt ra những thách thức mới cho các công nghệ hiện có, thúc đẩy các nhà nghiên cứu khám phá các công nghệ thay thế cho các thiết bị lưu trữ năng lượng.
Một chiến lược đầy hứa hẹn là sửa đổi cực dương carbon cứng dẫn điện cao, có độ ổn định cấu trúc tuyệt vời, để phù hợp với cực âm than hoạt tính, từ đó tạo ra LIC carbon kép (tụ điện lithium-ion). Trong một nghiên cứu gần đây, chiến lược mở rộng tại chỗ và pha tạp nguyên tử dị hợp trong một bình đã được sử dụng để điều chế carbon cứng dạng tấm, trong khi than hoạt tính thu được thông qua các quá trình kích hoạt.
Yingxiong Wang, người tham gia một nghiên cứu mới giải quyết hạn chế này, giải thích: “Tuy nhiên, động học ion không phù hợp giữa cực âm và cực dương có thể dẫn đến tuổi thọ chu kỳ không đạt yêu cầu và sự suy giảm cực dương”. "Chúng tôi đã sử dụng một phương pháp đặc biệt để tạo ra hai loại vật liệu carbon: carbon cứng dạng tấm và than hoạt tính ".
Wang và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng ammonium Persulfate để giúp mở rộng và biến đổi carbon cứng, khiến nó trở nên tốt hơn khi sử dụng trong pin. Các vật liệu carbon, được gọi là FRNS-HC và FRNS-AC, được tạo ra từ dư lượng furfural, là chất còn sót lại từ một chất tự nhiên. Sau đó chúng được thử nghiệm trong LIB.
Wang cho biết: “Kết quả thật ấn tượng khi FRNS-HC được sử dụng làm phần âm của pin, nó có thể lưu trữ 374 mAh g -1 ở mức năng lượng thấp và 123,1 mAh g -1 ở mức năng lượng cao hơn”. "Khi kết hợp với vật liệu carbon xốp đặc biệt làm cực dương của pin, toàn bộ pin cho thấy năng lượng riêng cao là 147,67 Wh kg -1 , với công suất đầu ra khoảng 199,93 W kg -1 ."
Đáng chú ý, pin còn có thời gian sử dụng rất lâu, hiệu suất gần như không bị suy giảm ngay cả sau khi sạc và xả 1.000 lần. Nhóm nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Năng lượng & Môi trường Xanh .
Wang cho biết: “Chúng tôi khuyến nghị sử dụng nguyên liệu thô dựa trên sinh khối làm tiền chất carbon, cùng với các kỹ thuật tổng hợp hiệu quả và thân thiện với môi trường”. “Nghiên cứu này đưa ra một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để tạo ra carbon xốp pha tạp dị hợp tử từ chất thải sinh khối và nó có tiềm năng lớn để phát triển các thiết bị mật độ năng lượng cao”.
