Revealing the Calcium Assisted Partial Catalytic Graphitization of Lignin-Derived Hard Carbon Anode and Its Electrochemical Behaviors in Sodium Ion Batteries

阳极 电化学 材料科学 木质素 碳纤维 催化作用 化学工程 离子 无机化学 纳米技术 电极 化学 冶金 有机化学 复合材料 复合数 物理化学 工程类
作者
Jungpil Kim,Sang Hyun Lee,Junghoon Yang
出处
期刊:Polymers [MDPI AG]
卷期号:17 (4): 540-540 被引量:6
标识
DOI:10.3390/polym17040540
摘要

Among the various contenders for next-generation sodium-ion battery anodes, hard carbons stand out for their notable reversible capacity, extended cycle life, and cost-effectiveness. Their economic advantage can be further enhanced by using inexpensive precursors, such as biomass waste. Lignin, one of the most abundant natural biopolymers on Earth, which can be readily obtained from wood, possesses a three-dimensional amorphous polymeric structure, making it a suitable candidate for producing carbonaceous materials through appropriate carbonization processes for energy storage applications. In this work, we synthesized hard carbon using lignin containing CaSO4 to facilitate partial catalytic graphitization to improve the microstructural features, such as interlayer spacing, degree of disorder, and surface defects. Partial catalytic graphitization enables hard carbon to develop an ordered structure compared with hard carbon carbonized without CaSO4 as analyzed by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning/transmission electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The CaSO4-aided partially catalytic graphitized hard carbon (CCG-HC) exhibited improved electrochemical performance, showing a larger portion of the low-voltage plateau—an indicator typically associated with a highly ordered structure—compared to simply carbonized hard carbon (HC). Notably, CCG-HC delivered a reversible capacity of 237 mAh g−1, retained 95.6% of its capacity over 100 cycles at 50 mA g−1, and exhibited 127 mAh g−1 at 1.0 A g−1.
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