Optimization of microwave-assisted hydrothermal carbonization and potassium bicarbonate activation on the structure and electrochemical characteristics of crop straw-derived biochar

生物炭 水热碳化 碳化 吸附 超级电容器 电化学 比表面积 稻草 化学工程 热解 材料科学 磷酸 化学 法拉第效率 无机化学 电极 有机化学 冶金 催化作用 物理化学 工程类
作者
Chuyi Li,Yuxin Feng,Fei Zhong,Jimeng Deng,Tianci Yu,Hongliang Cao,Wenjuan Niu
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier]
卷期号:55: 105838-105838 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.est.2022.105838
摘要

Conventional pyrolysis biochar generally has underdeveloped pore structure, low surface activity and poor electrochemical performance, which seriously limit its application in supercapacitors. Herein, biochar was fabricated through KHCO3 activation coupling microwave-assisted phosphoric acid hydrothermal carbonization (MPHTC). The results revealed that both MPHTC and KHCO3 activation can further improve the physicochemical structure and electrochemical characteristics of crop straw-derived biochar. Biochar obtained by KHCO3 activation coupling MPHTC (HBCK) exhibited the highest surface oxygen content and the most adsorbed O2/H2O and aromatic CO, as well as a larger proportion of defect structures. Moreover, CS-HBCK displayed advantageous pore structure, with the highest specific surface area (1058.36 cm2/g), the largest total pore volume (0.79 cm3/g), and a superior micropore proportion of 59.21 %. Hence, CS-HBCK exhibited the highest specific capacitance (317.01 F/g) with better rate performance and lower resistance, whose capacity retention rate could reach 87.33 % after 10,000 cycles of charge-discharge. Furthermore, the CS-HBCK symmetric capacitor could achieve an excellent energy density of 14.82 Wh/kg at the power density of 225 W/kg, whose coulombic efficiency could still be maintained at a high level (98.38 %) after 10,000 cycles of charge-discharge, indicating a great potential of recycled waste crop straw in energy storage systems.
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