ZnCl2-based activation for converting spent coffee grounds into a robust anode for Li-ion batteries

阳极 电化学 碳化 材料科学 碳纤维 锂(药物) 化学工程 冶金 化学 复合材料 电极 扫描电子显微镜 工程类 内分泌学 复合数 物理化学 医学
作者
Thuan Ngoc Vo,Van Thuan Le,Nguyen Khoa Dang,My Loan Phung Le,Van Hoang Nguyen,Mẫn Văn Trần,Minh Thu Nguyen,Nhu Hoa Thi Tran,Tuan Loi Nguyen,Il Tae Kim
出处
期刊:Biomass & Bioenergy [Elsevier BV]
卷期号:181: 107058-107058
标识
DOI:10.1016/j.biombioe.2024.107058
摘要

Achieving a net-zero target via a circular economy approach necessitates maximizing the recycling of waste into higher-value materials. In the present study, spent coffee grounds (SCG) from industrial food processing biomass waste are converted into a high-performance anode material used in lithium-ion batteries via one-step carbonization of ZnCl2 at 550 °C. The hybrid composites (HCs) are collected after the process contained C- and Zn-based mixed oxides, such as zinc silicate (Zn2SiO4) and zinc ferrate (ZnFe2O4). The content of Zn-based mixed oxides in HCs increases with the initial ZnCl2:SCG mass ratio and reaches its maximum at a ratio of 2:1 wt/wt (HCs_2). The electrochemical performance of the HC-based anodes is proportional to the loaded Zn content when the ZnCl2:SCG mass ratio increases from 0 to 2. The optimized anode (HCs_2) exhibits a charge capacity of 692 mAh g−1 and capacity retention of 86 % at the 100th cycle, whereas the corresponding values for HCs_0 anode (without ZnCl2 treatment) are 311 mAh g−1 and 73.3 %. The superior electrochemical performance of the optimized anode is attributed to the nanosized Zn2SiO4 and ZnFe2O4, stabilization effect of activated carbon matrices, and a strategy that increases the proportions of high-capacity components.

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