中北大学等:中药残渣为原料制备富微孔多孔碳用于高性能锂硫电池

成果简介

目前，生物质衍生的碳基能源材料正受到广泛关注。随着中药在治疗疾病和保健方面的广泛应用，经过独特的煎煮过程，大量的药材残留物被丢弃。本文，中北大学Junfei Liang等研究人员《Dalton Trans》期刊发表名为“Traditional Chinese medicine residue-derived micropore-rich porous carbon frameworks as efficient sulfur hosts for high-performance lithium–sulfur batteries”的论文，研究通过水热碳化结合KOH活化，从一种著名且广泛使用的中药刺五加的废弃根为原料，制备了富含微孔的氮掺杂多孔碳骨架 (MRNCF)。

与普通碳基硫主体材料相比，MRNCFs可以通过微孔物理限制和氮掺杂化学锚定的协同作用有效阻碍多硫化物的穿梭效应和溶解，以MRNCF为主体的锂硫电池存在优越的电化学性能。在超过75%的高硫含量下，所制备的电极在0.5C的电流密度下经过150次循环后表现出540.4 mAhg-1的高度可逆比容量，以及在不同电流密度下的优异倍率性能。

图文导读

图1、 MRNCFs 的制备示意图。

图2、 不同 KOH 与水焦炭质量比下多孔碳的 SEM 图像

图3、 (a) MRNCFs和S@MRNCFs 的氮吸附-解吸等温线和 (b) MRNCFs 的孔径分布。

图4、 （a）MRNCFs和S@MRNCFs的XRD图谱和（b）拉曼光谱；(c) S@MRNCFs 的热重分析；(d) N1s峰的高分辨率 XPS。

图5、 (a) S@MRNCF阴极在0.1mVs-1扫描速率下的CV曲线；

(b) S@MRNCF 正极在0.1C时的恒电流充放电曲线；

(c) S@MRNCFs 和对照样品在不同电流密度下的倍率性能；

(d) S@MRNCFs和对照样品在 0.1C下的循环稳定性；

(e) S@MRNCF和对照样品电极在100kHz至10mHz频率范围内的EIS结果；

(f) S@MRNCFs 在0.5和1C的高电流密度下的循环稳定性。

图6、 （a）MRNCFs与锂硫电池中各种生物质衍生主体材料的性能比较。

(b) 正极固定多硫化锂的微孔示意图。

小结

综上所述，从中药渣中成功制备了MRNCF。其优越的蜂窝状结构促进了电解质的渗透和 Li +的扩散离子进入电极材料。

文献：

https://doi.org/10.1039/D1DT02595C