Effect of pre-treatment conditions on the electrochemical performance of hard carbon derived from bio-waste

电化学 碳纤维 钠 化学工程 材料科学 离子 化学 自行车 电极 冶金 有机化学 复合数 复合材料 工程类 物理化学 考古 历史
作者
Mutiat Oniye,Aibar Alpysbayev,Dilshat Abduakhitov,Kenes Kudaibergenov,Zhumabay Bakenov,Seung‐Taek Myung,Aishuak Konarov
出处
期刊:RSC Advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (2): 1105-1114 被引量:9
标识
DOI:10.1039/d4ra08029g
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) offer several advantages over traditional lithium-ion batteries, including a more uniform sodium distribution, lower-cost materials, and safer transportation options. A promising development in SIBs is the use of hard carbons as anode materials due to their low insertion voltage and larger interlayer spacing, which improve sodium-ion insertion. Traditionally, hard carbons are made from costly carbon sources, but recent advancements have focussed on using abundant bio-waste, like coffee grounds. This approach reduces costs and helps manage global waste. This research investigates the electrochemical performance of bio-waste-derived hard carbons, which is significantly impacted by various pre-treatment methods. Techniques such as BET, XRD, TEM, and XPS are employed to examine the effects of pre-treatment variables, including washing solvents (organic, acidic, or distilled water), pre-oxidation temperatures, and post-heating processes. These factors influence the structural properties and purity of the hard carbon, impacting its effectiveness as an anode material in SIBs. A significant finding is a mesoporous hard carbon produced from coffee grounds that, after washing with distilled water, pre-oxidation at 150 °C, and thermal treatment at 1300 °C in argon, shows a 23% yield, a reversible capacity of 304 mA h g-1, and Initial coulombic efficiency of 78%. This study underscores the importance of pre-treatments in removing impurities and enhancing the material's sodium storage capabilities.
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