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Lignin-Based Polymer Networks Enabled N, S Co-Doped Defect-Rich Hierarchically Porous Carbon Anode for Long-Cycle Li-Ion Batteries

阳极 材料科学 多孔性 化学工程 木质素 碳纤维 离子 兴奋剂 聚合物 纳米技术 化学 有机化学 电极 复合材料 复合数 物理化学 工程类 光电子学
作者
Wen Luo,Qi He,Chaoqun Zhang,Zhenyu Jiang,Yi Cheng,Haisong Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (7): 2881-2892 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c08045
摘要

The commercial graphitic anode with low specific capacity and serious lithium dendrite growth has limited further improvements of Li-ion batteries (LIBs). Here, we report a hierarchical porous hard carbon with N, S codoping (LSCF) that is synthesized using trifunctional sodium lignosulfonate (LS) from the pulp waste as the self-sacrificing template, carbon source, sulfur source, and natural chitosan as both the carbon source and nitrogen source. The strong hydrogen-bond interaction between the LS and chitosan enabled the robust stability of the carbon framework. And the self-template of sulfates and carbonates from LS enabled the formation of the hierarchical porous structure. First-principles calculations indicate that the hierarchical porous LSCF carbon with heteroatom doping has a lower diffusion barrier of Li+ and a higher electron conductivity. As an anode for LIBs, the LSCF delivers the specific capacity of 350 mAh g–1 at 100 mA g–1 with 85% retention after 1000 cycles. This work offers a one-step and low-cost method to fabricate the porous hard carbon anode for LIBs with dual-atom doping based on green natural polymers.
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