El mercado de almacenamiento de energía eléctrica y portátil ha estado dominado durante mucho tiempo por las baterías de iones de litio (LIB) y los supercondensadores, superando a otros sistemas de almacenamiento de energía en su capacidad para proporcionar mayor energía y potencia.
Sin embargo, en aplicaciones críticas como los vehículos eléctricos, existe una demanda creciente de un dispositivo que pueda producir de manera eficiente alta potencia y energía durante un número significativo de ciclos. Cumplir con estos rigurosos estándares presenta nuevos desafíos para las tecnologías existentes, lo que lleva a los investigadores a explorar tecnologías alternativas para dispositivos de almacenamiento de energía.
Una estrategia prometedora es modificar el ánodo de carbón duro de alta conductividad, que exhibe una excelente estabilidad estructural, para combinarlo con un cátodo de carbón activado, creando así un LIC (condensador de iones de litio) de doble carbono. En un estudio reciente, se empleó una estrategia de dopaje con heteroátomos y expansión in situ en un solo recipiente para preparar carbón duro en forma de lámina, mientras que el carbón activado se obtuvo mediante procesos de activación.
"Sin embargo, la falta de coincidencia en la cinética de los iones entre el cátodo y el ánodo puede provocar una vida útil cíclica insatisfecha y la degradación del ánodo", explicó Yingxiong Wang, correspondiente de un nuevo estudio que abordó esta limitación. "Utilizamos un método especial para crear dos tipos de materiales de carbono:carbón duro en forma de lámina y carbón activado".
Wang y sus compañeros de trabajo utilizaron persulfato de amonio para ayudar a expandir y modificar el carbono duro, haciéndolo mejor para su uso en baterías. Los materiales de carbono, conocidos como FRNS-HC y FRNS-AC, se fabricaron a partir de residuos de furfural, que son restos de una sustancia natural. Luego fueron probados en LIB.
"Los resultados fueron impresionantes:cuando se utilizó FRNS-HC como parte negativa de la batería, pudo almacenar 374 mAh g -1 a bajo nivel de potencia y 123,1 mAh g -1 a un nivel de potencia más alto", dijo Wang. "Cuando se combina con un material de carbono poroso especial como parte positiva de la batería, toda la batería mostró una alta energía específica de 147,67 Wh kg -1 , con una potencia de aproximadamente 199,93 W kg -1 ."
En particular, la batería también duró mucho tiempo, casi sin pérdida de rendimiento incluso después de cargarla y descargarla 1000 veces. El equipo publicó sus hallazgos en Energía verde y medio ambiente. .
"Recomendamos el uso de materias primas basadas en biomasa como precursores de carbono, junto con técnicas de síntesis eficientes y respetuosas con el medio ambiente", afirmó Wang. "Este estudio ofrece un enfoque prometedor para crear carbono poroso dopado con heteroátomos a partir de desechos de biomasa y tiene un gran potencial para avanzar en dispositivos de alta densidad de energía".
Más información: Xiaoying Guo et al, Carbono en forma de lámina codopado con nitrógeno y azufre derivado de residuos de furfural:un electrodo excelente para condensadores de iones de litio de doble carbono, Energía verde y medio ambiente (2023). DOI:10.1016/j.gee.2023.05.007
Proporcionado por KeAi Communications Co.
