Biomass-garlic-peel-derived porous carbon framework as a sulfur host for lithium-sulfur batteries

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作者
Sunyoung Lee,Yunju Choi,Junki Kim,Sei‐Jin Lee,Jong‐Seong Bae,Euh Duck Jeong
出处
期刊:Journal of Industrial and Engineering Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:94: 272-281 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.jiec.2020.10.046
摘要

• Hydrothermal process plays an important role in activation of garlic carbon precursor. • Homogeneous distribution of sulfur particles facilitated Li-ion transfer. • Large specific surface areas and pore volume enables high sulfur storage. • Mesoporous carbon can give rise to the cycling stability by absorbing soluble LPS. • Loading of moderate sulfur content could avoid extra electrode polarization. Porous carbon materials were synthesized using biomass waste garlic-peels by two methods, precarbonization (GPC) and hydrothermal treatment (GPC/HT), in a pretreatment procedure. Brunauer–Emmett–Teller tests indicated that the surface area and total pore volume (at P / P o ) of the GPC/HT are 4220 m 2 g −1 and 2.02 cm 3 g −1 , higher than those of the GPC (2290 m 2 g −1 and 1.02 cm 3 g −1 ). The GPC/HT-S with a sulfur content of 87.6 wt.% exhibited a higher initial specific capacity (1087 mA h g −1 at 0.1 C) and better cycle retention (72.2% after 400 cycles at 0.5 C) than those of the GPC-S (65.3%). Optimized sulfur content was investigated to overcome the problems for shuttle phenomenon and low conductivity. Among the investigated samples (sulfur content of 65.3, 87.6, and 95.1 wt.%), the GPC/HT-S with 87.6 wt.% exhibited the best electrochemical performance. The enhanced electrochemical performance is attributed to the improved specific surface area of the GPC/HT and proper sulfur loading content, which effectively facilitated the intimate contact between sulfur and conductive carbon matrix and physically confined lithium polysulfide intermediates. The result in this work is important for using low cost and mesoporous bio-waste carbon as carbon framework for sulfur encapsulating in Li-S batteries.
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