バイオマスリサイクル由来の炭素系負極材料のリチウムイオン/ナトリウムイオン電池応用におけるトレンド

バイオマス由来炭素材料は、リチウムイオン電池(LIB)およびナトリウムイオン電池(SIB)向けの持続可能な負極材料として有望視されている。バイオマスは再生可能で豊富、低コストであり、その組成や形態は多様である。リグノセルロース骨格、固有のヘテロ原子、バイオマス由来の無機種は、炭素化、活性化、黒鉛化、ドーピングなどのプロセスを経て、調整可能な多孔性、炭素配列、表面化学を持つ炭素構造に変換できる。本レビューでは、まずバイオマス前駆体の組成および構造的特徴を要約し、次に処理条件がそれらを炭素骨格に変換する方法を説明する。その後、LIBとSIBの異なる設計要件を比較することで、バイオマス由来炭素負極の最近の進歩について論じる。LIBの場合、アクセス可能な表面積、階層的多孔性、ヘテロ原子由来の活性サイト、および改善された電子伝導性は、Li+貯蔵とレート能力の向上に一般的に有益である。対照的に、SIBハードカーボンは、Na+貯蔵の可逆性と初期クーロン効率を向上させるために、制御された表面露出、拡張されたターボストレート間隔、および閉鎖または潜在的な細孔を必要とする。これらの比較は、バイオマス由来炭素負極は、普遍的な炭素設計戦略ではなく、システム固有の貯蔵メカニズムに従って設計されるべきであることを強調している。