Comparison of three different industrial lignin-based porous carbon electrodes for electrochemical applications

木质素 电化学 碳纤维 材料科学 电极 电流密度 化学工程 超级电容器 电容 多孔性 化学 分析化学(期刊) 复合材料 有机化学 工程类 物理 物理化学 复合数 量子力学
作者
Yuyang Ma,Yanjie Yi,Yi Hou,Lirong Lei,Song‐Qing Hu
出处
期刊:Nordic Pulp & Paper Research Journal [De Gruyter]
卷期号:39 (4): 719-730
标识
DOI:10.1515/npprj-2023-0052
摘要

Abstract In order to fully utilize industrial lignin, a comparative study was conducted on the properties of porous carbon electrodes prepared by activating different industrial lignin as precursors. The results revealed that carbon electrodes prepared with sodium lignosulfonate (CM-S) exhibited superior specific surface area (SSA) (1,593.5 m 2 g −1 ) and pore volume (PV) (1.03 cm 3 g −1 ) due to the largest relative molecular mass (Mn = 4,539, Mw = 7,290), which is greater than that prepared with alkali lignin (CM-A) and kraft lignin (CM-K), and displayed a well-developed micro-mesoporous macropore hierarchy which was feasible for the efficiency of electron mobility. The electrochemical properties of materials were evaluated, and CM-S showed a mass-specific capacitance of 201 F g −1 at 0.2 A g −1 current density, along with an impressive capacitance retention rate of 54.7 % at 10 A g −1 current density, which is more potential than CM-A and CM-K (specific capacitances: 100 F g −1 and 75 F g −1 respectively). Additionally, maximum energy and power density of CM-S were measured to be 6.98 W h kg −1 and 2306 W kg −1 with excellent retention rate of 95.5 % after 10,000 charge–discharge cycles at a current density of 5 A g −1 . Comparatively, sodium lignosulfonate, compared with alkali lignin and kraft lignin, emerges as a more ideal precursor material for porous carbon electrode.

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