甘蔗渣衍生活性炭/磷酸铁锂复合纳米结构在锂离子电池中的应用研究

本研究针对LiFePO4 材料导电性差（10?9 -10?10 S·cm-1 ）和离子扩散速率低（10?14 cm2 ·s-1 ）的问题，通过溶胶-凝胶法构建甘蔗渣活性炭（SBAC）/LiFePO4 复合纳米结构。800℃碳化样品展现出123 mAh·g-1 的比容量（理论值的72%）和80%的容量保持率，为低成本、高性能锂离子电池开发提供新策略。

　　

论文解读
在全球碳中和背景下，电动汽车（EVs）的快速发展对锂离子电池提出更高要求。磷酸铁锂电池（LFP）因其3.4 V电压平台、长循环寿命和高安全性成为主流选择，但其核心材料LiFePO₄
存在致命缺陷：导电性仅10^?9
-10^?10
S·cm^-1
，锂离子扩散速率低至10^?14
cm²
·s^-1
。与此同时，甘蔗渣焚烧造成的环境污染问题日益严峻。泰国研究人员创新性地将这两种挑战转化为机遇，利用甘蔗渣衍生活性炭（SBAC）与LiFePO₄
复合，开发出兼具环境效益和电化学性能的新型电极材料。

研究采用溶胶-凝胶法结合多阶段热处理（包括关键的CO₂
活化步骤），通过调控碳化温度（400-800℃）优化材料性能。XRD分析证实所有样品均保持橄榄石型正交晶系结构，Fe²⁺
氧化态稳定。800℃碳化样品表现出最优性能：比表面积显著增加，拉曼光谱显示较低的I_D
/I_G
比值（反映高石墨化程度），粒径达268 nm。电化学测试显示，该样品在100次循环后仅损失20%容量，0.1C倍率下比容量达123 mAh·g^-1
，接近理论值的72%。

研究结果

1. 材料表征：通过XRD、SEM和BET比表面积测试证实，高温碳化促进SBAC形成多孔结构，为Li⁺
   扩散提供通道。
2. 电化学性能：800℃样品在0.5C倍率下容量保持率较400℃样品提升40%，归因于其更高的结晶度（71.59%）和优化的碳基质导电网络。
3. 机理分析：SBAC不仅作为导电添加剂，更通过缓冲体积变化抑制电极结构坍塌，TEM显示LiFePO₄
   纳米颗粒均匀嵌入碳基质。

该研究开创性地将农业废弃物转化为高性能电池材料，为解决"固废治理-能源存储"双重挑战提供范例。发表于《Radiation Physics and Chemistry》的成果表明，这种CO₂
活化工艺可推广至其他生物质碳材料体系，为可持续能源材料开发指明新方向。