植物炭負極材料與氧化物復合負極材料研究進展

不同植物碳化后得到植物炭的電化學性能有較大差別，即使同一種植物在碳化處理過程中的條件有一些不同，顯示出的電化學性能也有較大差異。

植物炭負極材料主要來源于各種植物生物質，如植物枝葉（如羅漢果葉、梧桐葉）、農作物廢棄物（如秸稈、果殼、麥稈）、竹材等。這些生物質材料具有低成本、可再生和可持續性的特點，是制備碳材料的理想原料。

植物炭負極材料的制備方法

植物炭負極材料的制備方法多種多樣，但一般包括以下幾個關鍵步驟：

①原料預處理：對植物生物質進行水洗除雜、干燥、粉碎等處理，以去除雜質并制備成適合后續處理的原料碎渣。

②碳化處理：將預處理后的原料碎渣在高溫下進行碳化處理，使其轉化為碳材料。碳化溫度、時間等條件會影響碳材料的結構和性能。

③活化處理：為了進一步提高碳材料的比表面積和孔隙結構，常采用物理或化學活化方法進行處理。例如，使用KOH等活化劑在高溫下對碳材料進行活化處理。

④洗滌與干燥：對活化后的碳材料進行洗滌以去除可溶性雜質和剩余的活化劑，然后干燥得到最終的植物炭負極材料。

植物炭負極材料的性能特點

高比表面積：經過活化處理的植物炭負極材料通常具有較大的比表面積，有利于電解液的滲透和離子的傳輸。

豐富的孔隙結構：植物炭負極材料內部存在豐富的孔隙結構，這些孔隙為電解液的存儲和離子的擴散提供了空間。

良好的導電性：植物炭負極材料通常具有良好的導電性，有利于電子的傳輸和電池性能的提升。

低成本和可持續性：由于植物生物質來源廣泛且可再生，因此植物炭負極材料具有低成本和可持續性的優勢。

植物炭負極材料的應用

超級電容器：植物炭負極材料可以作為超級電容器的負極材料，與正極材料組裝成超級電容器后，能夠高效存儲和釋放能量。

鋰離子電池：植物炭負極材料也可以作為鋰離子電池的負極材料，其高比表面積和豐富的孔隙結構有利于提高鋰離子電池的能量密度和循環穩定性。

沈陽工業大學的史發年教授研究了柚子皮作為植物炭的前驅體，經過不同溫度碳化后，作為鋰離子電池負極材料研究了比容量、倍率性能、循環伏安和阻抗等電化學性能，比較了三種不同處理條件下植物炭的組成、形貌與性質，為提高植物炭的電化學性能提供了一種有益的思路與對策。另外，通過金屬配合物熱分解技術獲得炭復合的金屬氧化物材料，顯示非常高的比容量和充放電循環穩定性。

2024年10月29-31日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術協會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯合主辦2024硅基負極材料技術與產業研討會暨第三屆先進負極材料技術與產業高峰論壇。屆時來自沈陽工業大學的史發年教授將作題為《植物炭負極材料與氧化物復合負極材料研究進展》的報告。報告主講人將介紹一種提高植物炭的電化學性能的思路與對策，以及通過金屬配合物熱分解技術獲得炭復合的具有高比容量和充放電循環穩定性的金屬氧化物材料。   

專家簡介：

史發年，博士，沈陽工業大學教授，博士生導師。中國能源學會能源與環境專業委員會委員，中國化工學會無機酸堿鹽專業委員會智庫專家委員，中國化學會高級會員。主要研究方向包括：金屬配合物材料設計與結構優化、復合材料、稀土功能材料、鋰離子電池正負極材料等的設計與改性。共發表學術論文180余篇，其中有8篇論文進入ESI 1%高被引。積極與多家企業合作參加各種產學研用活動。主持國家自然科學基金面上項目、遼寧省教育廳重點項目及橫向課題等。

參考來源：

張大偉.生物質衍生炭作為鋰離子電池負極材料性能的研究

付宗營等.生物質炭電極材料研發與應用

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