Eco-friend air electrode for flexible quasi-solid-state electrolyte zinc-air battery based on spherical glucose biochar derived from biorefinery process

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作者
Hyeong Ryeol Kim,Yunseong Ji,Youngsang Chun,Ju Hun Lee,Hah Young Yoo,Sungbong Kim,Ja Hyun Lee,Chulhwan Park,Seung Wook Kim
出处
期刊:Materials today sustainability [Elsevier]
卷期号:23: 100456-100456
标识
DOI:10.1016/j.mtsust.2023.100456
摘要

Biorefinery using waste biomass is a key technology for sustainable development and is widely used in renewable energy production. However, biorefineries for energy storage applications have rarely been studied. In this study, a zinc-air battery (ZAB), which is one of the eco-friendlier energy storage devices, is proposed using the biorefinery process. The spherical glucose biochar (SGBC) was produced by a two-step process. The first step was the saccharification which included NaOH pretreatment and enzymatic hydrolysis. The second step was the carbonization including hydrothermal reactions and carbonization. The SGBC/MnO2/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) composite (SMP) was produced by in-situ polymerization with Fe(ClO4)3. The SMP exhibited excellent oxygen reduction reactions (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) comparable to Pt/C due to the complementary effects of each component. Therefore, the fabricated flexible quasi-solid-state electrolyte SMP-based ZAB (SMP-ZAB) displayed high performance. The SMP-ZAB exhibited a peak power density of 101.2 mW/cm3. The discharge was maintained for 9.6 h at 5 mA/cm3 and the charge-discharge cycle was maintained for 16 h without remarkable potential change (5 min each for charge and discharge at 5 mA/cm3). In addition, the SMP-ZAB could theoretically produce 9540 cells from 1000 g of chestnut shell (CNS), demonstrating the potential of mass production for industrial-scale production (electrode area: 4 cm2). These results suggest that the SMP-ZAB could be applied as a future wearable energy device with an eco-friendly process.
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