Preparation, activation and characterisation of starch-based carbon anode materials for sustainable Li-ion battery and supercapacitor technologies

With technological developments, the demand for secondary electrochemical cells has increased. Li-ion batteries have been in widespread use for 30 years, and there is no end to the research into improving their performance. In view of the deteriorating state of the environment, a search has begun for environmentally friendly materials that can be used in Li-ion cells. Starch is an inexpensive, commonly occurring organic compound. In this study, starch-based carbon anode materials were synthesised and activated. Chemical activation of the carbon material increases its specific surface area, thus improving the ability of the material to intercalate lithium, which increases the cell performance. X-ray diffraction (XRD), elemental analysis (EA), low-temperature nitrogen sorption (N2-BET), impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic charge/discharge tests (GCDT) were used to characterise the materials obtained.

Wraz z rozwojem technologicznym wzrosło zapotrzebowanie na wtórne ogniwa elektrochemiczne. Akumulatory litowo-jonowe są wykorzystywane powszechnie już od 30 lat, a badania nad poprawą ich parametrów pracy nie mają końca. Mając na względzie pogarszający się stan środowiska naturalnego zaczęto poszukiwać przyjaznych dla środowiska materiałów, które można wykorzystywać w ogniwach Li-ion. Skrobia jest tanim, powszechnie występującym związkiem organicznym. W niniejszej pracy przeprowadzono syntezę oraz aktywację węglowych materiałów anodowych na bazie skrobi. Aktywacja chemiczna materiału węglowego zwiększa jego powierzchnię właściwą, dzięki czemu następuje poprawa zdolności materiału do procesu interkalacji litu, co wpływa na zwiększenie wydajności pracy ogniwa. Do charakterystyki otrzymanych materiałów wykorzystano metody: dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), analizy elementarnej (EA), niskotemperaturowej sorpcji azotu (N2-BET), spektroskopii impedancyjnej (EIS) oraz galwanostatycznych testów ładowania/rozładownia (GCDT).