Bio-based anode material production for lithium–ion batteries through catalytic graphitization of biochar: the deployment of hybrid catalysts

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作者
Ziyi Shi,Yanghao Jin,Tong Zhu Han,Hanmin Yang,Ritambhara Gond,Yaprak Subaşı,Habtom Desta Asfaw,Reza Younesi,Pär G. Jönsson,Weihong Yang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 3966-3966 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41598-024-54509-8
摘要

Abstract Producing sustainable anode materials for lithium-ion batteries (LIBs) through catalytic graphitization of renewable biomass has gained significant attention. However, the technology is in its early stages due to the bio-graphite's comparatively low electrochemical performance in LIBs. This study aims to develop a process for producing LIB anode materials using a hybrid catalyst to enhance battery performance, along with readily available market biochar as the raw material. Results indicate that a trimetallic hybrid catalyst (Ni, Fe, and Mn in a 1:1:1 ratio) is superior to single or bimetallic catalysts in converting biochar to bio-graphite. The bio-graphite produced under this catalyst exhibits an 89.28% degree of graphitization and a 73.95% conversion rate. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) reveals the dissolution–precipitation mechanism involved in catalytic graphitization. Electrochemical performance evaluation showed that the trimetallic hybrid catalyst yielded bio-graphite with better electrochemical performances than those obtained through single or bimetallic hybrid catalysts, including a good reversible capacity of about 293 mAh g−1 at a current density of 20 mA/g and a stable cycle performance with a capacity retention of over 98% after 100 cycles. This study proves the synergistic efficacy of different metals in catalytic graphitization, impacting both graphite crystalline structure and electrochemical performance.
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