植物炭负极材料与氧化物复合负极材料研究进展

不同植物碳化后得到植物炭的电化学性能有较大差别，即使同一种植物在碳化处理过程中的条件有一些不同，显示出的电化学性能也有较大差异。

植物炭负极材料主要来源于各种植物生物质，如植物枝叶（如罗汉果叶、梧桐叶）、农作物废弃物（如秸秆、果壳、麦秆）、竹材等。这些生物质材料具有低成本、可再生和可持续性的特点，是制备碳材料的理想原料。

植物炭负极材料的制备方法

植物炭负极材料的制备方法多种多样，但一般包括以下几个关键步骤：

①原料预处理：对植物生物质进行水洗除杂、干燥、粉碎等处理，以去除杂质并制备成适合后续处理的原料碎渣。

②碳化处理：将预处理后的原料碎渣在高温下进行碳化处理，使其转化为碳材料。碳化温度、时间等条件会影响碳材料的结构和性能。

③活化处理：为了进一步提高碳材料的比表面积和孔隙结构，常采用物理或化学活化方法进行处理。例如，使用KOH等活化剂在高温下对碳材料进行活化处理。

④洗涤与干燥：对活化后的碳材料进行洗涤以去除可溶性杂质和剩余的活化剂，然后干燥得到最终的植物炭负极材料。

植物炭负极材料的性能特点

高比表面积：经过活化处理的植物炭负极材料通常具有较大的比表面积，有利于电解液的渗透和离子的传输。

丰富的孔隙结构：植物炭负极材料内部存在丰富的孔隙结构，这些孔隙为电解液的存储和离子的扩散提供了空间。

良好的导电性：植物炭负极材料通常具有良好的导电性，有利于电子的传输和电池性能的提升。

低成本和可持续性：由于植物生物质来源广泛且可再生，因此植物炭负极材料具有低成本和可持续性的优势。

植物炭负极材料的应用

超级电容器：植物炭负极材料可以作为超级电容器的负极材料，与正极材料组装成超级电容器后，能够高效存储和释放能量。

锂离子电池：植物炭负极材料也可以作为锂离子电池的负极材料，其高比表面积和丰富的孔隙结构有利于提高锂离子电池的能量密度和循环稳定性。

沈阳工业大学的史发年教授研究了柚子皮作为植物炭的前驱体，经过不同温度碳化后，作为锂离子电池负极材料研究了比容量、倍率性能、循环伏安和阻抗等电化学性能，比较了三种不同处理条件下植物炭的组成、形貌与性质，为提高植物炭的电化学性能提供了一种有益的思路与对策。另外，通过金属配合物热分解技术获得炭复合的金属氧化物材料，显示非常高的比容量和充放电循环稳定性。

2024年10月29-31日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办2024硅基负极材料技术与产业研讨会暨第三届先进负极材料技术与产业高峰论坛。届时来自沈阳工业大学的史发年教授将作题为《植物炭负极材料与氧化物复合负极材料研究进展》的报告。报告主讲人将介绍一种提高植物炭的电化学性能的思路与对策，以及通过金属配合物热分解技术获得炭复合的具有高比容量和充放电循环稳定性的金属氧化物材料。   

专家简介：

史发年，博士，沈阳工业大学教授，博士生导师。中国能源学会能源与环境专业委员会委员，中国化工学会无机酸碱盐专业委员会智库专家委员，中国化学会高级会员。主要研究方向包括：金属配合物材料设计与结构优化、复合材料、稀土功能材料、锂离子电池正负极材料等的设计与改性。共发表学术论文180余篇，其中有8篇论文进入ESI 1%高被引。积极与多家企业合作参加各种产学研用活动。主持国家自然科学基金面上项目、辽宁省教育厅重点项目及横向课题等。

参考来源：

张大伟.生物质衍生炭作为锂离子电池负极材料性能的研究

付宗营等.生物质炭电极材料研发与应用

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