木質素基儲能裝置文獻綜述

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_{具有客製化形狀和顯著電化學行為的Li 1.3} Al _0.3 Ti _1.7 (PO ₄ ) ₃基固態電解質的直接墨水書寫編輯來源

劉Z.、田X.、劉M.、段S.、任Y.、馬H.、唐K.、石J.、侯S.、金H.、 & Cao, G.，「具有定制形狀和顯著電化學行為的Li _1.3 Al _0.3 Ti _1.7 (PO ₄ ) ₃基固態電解質的直接墨水書寫」。小, 17 (6), 2002866. 2021

• 全固態電池
• Li _1.3 Al _0.3 Ti _1.7 (PO ₄ ) ₃基油墨電解質：
• 高電導率和電化學穩定性
• 對氧氣較不敏感--->在空氣中製備--->低成本
• 電化學穩定

材料：

• 陶瓷固態電解質（CSSE）：
  • 溶劑：（DI）水（潤濕）和異丙醇（IPA）（分散）（4:1） +LATP--->950度燒結（第二相較弱），適當的晶粒尺寸（度數越高則越大）---> LiFePO4正極，Li負極---> 0.5 C下150 mAh g−1的高放電容量
• 混合固態電解質（HSSE）：
  • 溶劑：乙腈+聚環氧乙烷（PEO）和雙（三氟甲烷）磺酰亞胺鋰（LiTFSI）+
  • LiFePO4正極，Li負極
  • 300度分解溫度
  • 0.5 C 時放電容量高達 150 mAh g−1

測試：

• SEM、TGA、XRD、流變儀

參數：

• 層數：3
• 黏度：10 ⁴ -10 ⁵
• 解析度：N/K
• 噴嘴尺寸：330微米

先進穿戴式裝置電子元件直接墨水寫入的最新進展

張 Y.、石 G.、秦 J.、Lowe, SE、張 S.、趙 H. 和鐘 Y. L，「先進穿戴裝置電子元件直接墨水寫入的最新進展」。ACS 應用電子材料，1（9），1718–1734，2019

• 可印刷油墨：填料、黏合劑、添加劑和溶劑
• 微電極、應變感測器、軟體機器人和生物醫學設備、可拉伸線、可拉伸電路、超級電容器、壓電奈米發電機

直接墨水書寫製備高面積鋰離子容量LiFePO4/MWCNTs電極

李麗、譚紅、袁X.、馬紅、馬Z.、趙Y.、趙J.、王 X.、陳D.、董Y.（2021 年）。具有高面積鋰離子容量的LiFePO4/MWCNTs電極的直接墨水書寫製備。國際陶瓷，47（15），21161–21166。https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.04.119

準備：

• LiFePO4+ MWCNTs+ PVDF (70:20:10)---> 研磨---> +NMP---> 3500 rpm 離心 20 分鐘
• 3mL注射器，330微米噴嘴，擠出功率2.5 和5 MPa，列印速度400 μm s−1，距表面高度0.15-0.25 mm----> 3D列印--->在去離子水中30分鐘（得到除去NMP）--->冷凍乾燥

參數：

• 黏度：N/K
• 解析度：N/K
• 噴嘴尺寸：330微米
• 擠出動力：2.5和5 MPa
• 列印速度：400μm ·s−1
• 距表面高度0.15- 0.25 mm

可塑性電化學儲能裝置的直接墨水書寫：持續進展、挑戰和前景編輯來源

張Q.、週J.、陳Z.、徐C.、唐文、楊G.、賴C.、徐Q.、楊J.、彭C. “可塑電化學儲能裝置的直接墨水書寫：持續進展、挑戰和前景」。先進工程材料, 23 (7), 2100068, 2021

• 解析度：60-500μm
• 黏度：10 ³ -10 ⁴ Pa.s
• 速率：20–150 mm s ¹

用於應變和氣體感測的可再加工 3D 列印導電彈性複合泡棉編輯來源

Wei, P.、Leng, H.、Chen, Q.、Advincula, RC 和 Pentzer, EB「用於應變和氣體感測的可再加工 3D 列印導電彈性複合泡棉」。ACS 應用高分子材料, 1 (4), 885–892, 2019

• 用於應變和氣體感測的泡沫
• 使用直接墨水書寫 (DIW)

準備：

• TPU 的DMF ---> 加蓋並在磁熱板上於80 °C 攪拌24 小時---> 冷卻至室溫---> 塑膠杯---> + CB 和奈米黏土---> 均質6 分鐘

3D列印：

• 玻璃上的墨水0.22毫米高--->然後進入去離子水中30分鐘（除去DMF）--->在HF（3 w%）中在室溫下24小時--->去離子水--->冷凍乾燥

參數：

• 黏度：10 ⁴ Pa.S
• 解決：
• 噴嘴尺寸：400微米
• 擠出力量：N/K
• 列印速度：20毫升/小時
• 距表面高度0.22毫米

柔性電子電路的直接墨水書寫及其表徵

Abas, M.、Salman, Q.、Khan, AM 和 Rahman, K. (2019)。柔性電子電路的直接墨水書寫及其特性。巴西機械科學與工程學會雜誌，41 (12), 563. https://doi.org/10.1007/s40430-019-2066-3

• 本文重點研究透過直接墨水書寫在柔性 PET 上以碳糊製造電子電路。

準備：

• 8克聚乙烯醇（PVA）+40毫升去離子--->機械搖床90度1小時--->磁力攪拌2小時---->+40克碳糊4小時--- > 在135度的乾燥爐中燒結

參數：

• 黏度：25,000 cps
• 解決：
• 噴嘴尺寸：200微米
• 擠出力量：
• 列印速度：
• 至表面的高度：
• 擠出壓力：氣壓壓力

具有分層孔隙率和多模量架構的可拉伸壓阻感測器的全 3D 列印編輯源

Wang, Z.、Guan, X.、Huang, H.、Wang, H.、Lin, W. 和Peng, Z.「具有分層孔隙率和多模量結構的可拉伸壓阻感測器的全3D列印". 先進功能材料, 29 (11), 1807569, 2019

• 透過直接墨水寫入 (DIW) 的可拉伸壓阻感測器
• 材料：
• 基材：混合PDMS的基材和固化劑，脫氣
• 電極：將 TPU 以 1:1.5 重量比溶解在 N,N 二甲基甲醯胺 (DMF) 溶劑中 + 銀微粒（混合 30 分鐘）
• 感測層油墨：NaCl顆粒（球磨）---> + CB+TPU
• 3D列印：
• 厚度約200 µm的基材--->80℃固化2小時--->氧氣處理2分鐘
• 電極&感測層：高黏度油墨--->印刷--->110度乾燥--->浸入水中去除NaCl

用於 3D 列印鋰離子電池的無阻塞、低成本且均勻的電極墨水

敖順、郭志、宋勇、方丹、包勇 (2022)。用於 3D 列印鋰離子電池的無阻塞、低成本且均勻的電極墨水。ACS 應用能源材料公司。https://doi.org/10.1021/acsaem.2c00594

• DIW 因其簡單性、材料相容性和可塑性而廣泛用於儲存設備，但適當的流變性和無阻塞特性是該方法的挑戰。本文採用多次球磨進行油墨製備。
• 結果表明，非牛頓油墨黏度隨著剪切速率的增加而降低，並表現出剪切稀化行為。
• 多次球磨可產生較小的活性材料，對流變行為有正面的影響。
• 低於屈服點：儲存模量高於損耗模量。
• 高於屈服點：損耗模量高於儲存模量。
  • 多次球磨：使剪切產率更高--->穩定性更高
• 電池包裝很重要

準備：

• 1) 100 mg PVDF+ 2mL NMP---> 400 rpm 球磨 15 分鐘---> + 1.2 g LFP---> 400 rpm 球磨 6 小時----> +3 mg MWCNTs+ 1 mL NMP- --> 以450 rpm 的轉速再球磨6 小時
• 2) 400 mg PVDF + 1.4 mL NMP---> 旋轉軌道混合器
• 1 + 2---> 旋轉混合器，1650 rpm，20 min ---> 離心機，2000 rpm，1 min，去除氣泡
• 3d列印--->列印後40度乾燥30分鐘--->真空烘箱70度12小時

參數：

• 注射器
• 氣動流體分配器
• 噴嘴尺寸：250μm
• 列印速度：4 mm s−1
• 擠出動力：450 kPa

3D列印MOF衍生的分層多孔框架，用於實用高能量密度鋰氧電池編輯來源

Lyu, Z.、Lim, GJH、Guo, R.、Kou, Z.、Wang, T.、Guan, C.、Ding, J.、Chen, W. 和 Wang, J.「3D 列印 MOF-實用高能量密度鋰氧電池的分層多孔框架」。先進功能材料, 29 (1), 1806658, 2019

• 直接墨水書寫 (DIW)

準備：

• Co-MOF：2-甲基咪唑溶液(C4H6N2, 40 mL, 0.4 m)+硝酸鈷溶液(Co(NO3)2·6H2O, 40 mL, 0.025 m)---> 4 h---> 去離子水洗滌，並曬乾
• CP-Co-MOF：碳紙（CP）捕集劑+溶液（？）--->4h--->去離子水清洗，乾燥
• 3DP-Co-MOF: Co-MOF + 去離子水---> +Pluronic F127 粉末(25 wt%) (m = 100, n = 65, 分子量= 12 500 – 12 600)---> 在4 ℃下攪拌度--->Co-MOF-F127--->冰箱4度以下24-36小時--->3d列印--->室溫乾燥24小時

參數：

• 注射器：20毫升
• 噴嘴：200-400 µm
• 三軸擠出機
• 列印速度：18 mm s−1
• 層數：2-4-6

測試：

• XRD、TEM、拉曼、XPS、N2 吸附/解吸等溫線
• 比表面積：Brunauer-Emmett-Teller
• 孔體積：Barrett–Joyner–Halenda
• 大孔徑：Quantachrome 3GWin2 孔隙率測定法
• 電阻 (R)：Fluke 2638A Hydra 系列 III 數位萬用電錶
• 電導率（σ）： σ = L/(R × A)
• 油墨流變學：Discovery 混合流變儀
• 表觀黏度：使用對數升序作為剪切速率的函數
• 彈性儲存與黏滯損失：振盪模式作為受控剪切應力 (102 – 106 Pa) 的函數，頻率為 6.28319 rad s−1
• 紐扣電池 (2032)：鋰金屬箔（對電極）、玻璃纖維（隔膜）、LiClO4-DMSO（電解質）

厚電極客製化鋰離子電池的 3D 列印編輯源

Wei, T.、Ahn, BY、Grotto, J. 和 Lewis, JA「厚電極客製化鋰離子電池的 3D 列印」。先進材料, 30 (16), 1703027, 2018

• 直接墨水書寫 (DIW)

電極：

• PC (50 g)、PVP (0.1 g) 和 LFP 或 LTO 粉末 (10 g) 放入球磨機中（250 mL HDPE 瓶，5 mm (250 g) 和 0.5 mm (150 g) 釔穩定氧化鋯研磨） - --> 24 h ---> 20 µm不鏽鋼篩網過濾---> 離心30 min ---> 行星攪拌機均質---> + PC + LiTFSI---> + KB---- -- ---> 最終：1 m LiTFSI/PC 中含有1.25 vol% KB 的30 vol% LFP 和含有1.35 vol% KB 的30 vol% LTO，含有1 wt% PVP%（相對於LFP 或LTO）

分隔符號：

• PC (50 g)、TX-100 (1 g) 和 Al2O3 粉末 (20 g)---> 球磨、過濾、離心 Al2O3---> 收集並均化 --> HMMP & 1 m LiTFSI /PC-- ->行星攪拌器--->+ ETPTA--->渦旋混合30 min

包裝：

• 紫外線固化環氧樹脂中 4 vol% SiO2---> 行星式攪拌機

測試：

• 在22 度下使用流變儀、振盪測量（G'、G''）、光學顯微鏡影像、電化學實驗（恆電位儀、標準恆定電流）、用於分離器分析的Celgard 分離器、電導率、世偉洛克電池、交流阻抗測量、循環伏安法、自校準放電測量

全3D列印：

• 1) 玻璃碳，2) 包裝壁 + UV，3) 陽極進入包裝，4) 陽極頂部的隔膜 + UV，5) 陰極，6) 玻璃碳，7) 包裝 + UV，8) 整個電池包裝的 UV

參數：

• 3軸微定位平台
• 注射器：3mL
• 噴嘴：100微米
• 壓力：Ar 動力流體分配器，700 psi
• 隔板高度：2.5 毫米
• 陽極和陰極高度：1mm

木質素 3D 列印：挑戰、機會與前進之路

Ebers, L.-S.、Arya, A.、Bowland, CC、Glasser, WG、Chmely, SC、Naskar, AK 和 Laborie, M.-P。木質素 3D 列印：挑戰、機會與前進之路。生物聚合物，112 (6)，e23431，2021

• 硬木木質素：直鏈且支化較少，軟化溫度較低
• 木質素的熱降解為150至170度

FDM：（研究了高達 40% 的木質素負載量）

• 低分子量和低 Tg 的天然硬木木質素
• ABS+木質素+丁腈橡膠或聚氧乙烯--->堅韌、堅固
• 尼龍12 + 木質素+碳---> 硬度、強度、可加熱
• 木質素+丁腈橡膠--->韌性和屈服應力以及高拉伸強度，但由於高分子量橡膠成分及其與木質素的交聯而難以列印--->+聚苯乙烯
• 有機溶劑硬木木質素 + PLA ---> FDM 具有優異的印刷適性 (15 wt %)

DIW：（適用於木質素印刷）

• 纖維素奈米纖維 (CNF)、海藻酸鹽和膠體木質素+ Ca2+ 離子交聯
• 蘇打木質素 + Pluronic F127---> 印刷並冷凍乾燥，烤箱固化
• 羥丙基纖維素 (HPC) + 有機溶劑木質素 (OSL) 的乙酸溶液---> 用檸檬酸和二聚體脂肪酸進行熱後處理

服務等級協定：

• 硫酸鹽木質素+甲基丙烯酸酯樹脂溶液共混工藝
• 使用甲基丙烯酸酐對有機溶劑木質素進行酰化，允許將高達(15 wt%) 的木質素摻入開源SLA 樹脂中---> 10 wt% 木質素可提供兩倍的極限拉伸強度和3 倍的應變增加在休息時
• 木質素可用作光引髮劑

木質素直接油墨印刷結構支架

江本、姚Y、梁志、高J、陳G、夏Q、米R、焦明、王X、胡L。（2020 年）。基於木質素的直接墨水印刷結構支架。小，16 (31)，1907212。

• 木質素具有不利的流變行為--->難以進行3D列印--->在該專案中，使用軟質三嵌段共聚物（Pluronic F127）作為交聯劑。

材料：

• 鹼和牛皮紙木質素、H2SO4、Pluronic F127、KOH

準備墨水：

• 1) 硬木鹼木質素(20 g)+去離子水(250 mL)---->超音波處理1 h---->離心機--->冷凍乾燥
• 2) Pluronic F127在去離子水中--->在0度攪拌12小時
• 混合 1 和 2
• Ar中800度炭化2h--->KOH 50度炭化3h

特性描述：

• NMR、光譜儀、流變儀、SEM、FT-IR

用於永續充電電池的木質素基材料

Jung, HY, Lee, JS, Han, HT, Jung, J., Eom, K., & Lee, JT 用於可持續充電電池的木質素基材料。聚合物，14 (4), 673, 2022

• 黏合劑：NMP 中的木質素
  • 牛皮紙木質素細胞 + 85 wt% 中間相碳微珠 (MCMB)、10% 黏合劑、5% Super P 和 NMP
  • 陰極：LFP、Super P 和木質素 (80:11:9)
  • 陽極中：Si體積變化大--->透過PAL-聚丙烯腈（PAN）鹼解合成木質素接枝聚丙烯酸鈉（PAL−NaPAA）黏結劑---->（Si、Super P和PAL -NaPAA（ 6:1:1))
• 隔膜：PP & PE--->熱穩定性與離子傳導性差---->木質素：熱穩定性、離子傳導性和機械強度---->靜電紡絲製造
  • 木質素–PVA (1:1)--->靜電紡絲--->機械性質優異，電解液吸收率高
  • 木質素–PAN--->靜電紡絲--->高孔隙率、放電容量
  • 木質素奈米顆粒 (LNP) 塗覆在傳統 LiS 隔膜上--->
• 電解質：木質素提供離子傳導路徑並抑制鋰枝晶的形成
  • 木質素 – 聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 凝膠 + 矽烷醇和 PVP 至中和的鹼性木質素漿料（作為電解質和分離劑）
  • 木質素-線性聚(N-乙烯基咪唑)-共聚(聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯)共聚物(LCP)凝膠：成膜能力、良好的電化學性能和良好的水溶性
• 陽極：木質素熱解--->碳結構
  • PAN的替代品--->透過靜電紡絲或熔融紡絲製備
  • 補充碳源=醋酸纖維素（CA）+硫酸鹽木質素
  • 軟木木質素--->難擠出
  • 硬木--->易於擠壓
  • NIB：木質素磺酸鹽硬炭--->洗滌--->高容量
  • 鉀離子電池：木質素衍生的硬碳
  • 二氧化錫 (SnO2) + 木質素基多孔碳 (LPC)
  • 牛皮紙木質素（E-KL）+醋酸纖維素衍生的奈米碳（CA-C）--->靜電紡絲--->1000熱解
  • 硫酸鹽木質素+纖維素
  • 鹼木質素+KOH --->熱處理碳化
  • Si/木質素共沉澱--->退火--->載Si奈米碳粒子（高效負極材料）+陽離子界面活性劑（CTAB）
  • 氮摻雜木質素基碳（木質素+3-氨基苯酚（氮源））
• 正極：木質素+導電聚合物
  • LIB 或 NIB 中質量比為 20/80 的木質素/PEDOT 電極
  • NH4F、Al2(SO4)3、KMnO4、木質素磺酸鈉--->ZIB中的奈米線
  • 木質素--->熱解--->HIC + Se, Te

用於固態電解質的生物精煉木質素廢料的分子工程編輯來源

Li, Q., Cao, D., Naik, MT, Pu, Y., Sun, X., Luan, P., ... & Zhu, H.用於固態電解質的生物精煉木質素廢物的分子工程。ACS 永續化學與工程，2022

木質纖維素生物質：

• 纖維素+半纖維素+木質素
• 多醣（纖維素和半纖維素）--->預處理和水解--->生物燃料--->木質素廢物
• 木質素：造紙工業和生物精煉廠的廢棄物。
• 固態電解質（SSE）（也用作隔膜）：固體陶瓷/玻璃電解質（SCE）、固體聚合物電解質（SPE）和複合聚合物電解質（CPE）。
• CPE：離子導電性、卓越的柔韌性、高加工性能和機械強度
• 聚環氧乙烷 (PEO)：
• 軟聚合物，鋰離子導電性好，成膜性有限，熱穩定性差，機械性質和耐久性差

木質素：

• 芳香族部分和芳基醚(β−O−4)--->鋰離子的解離和傳導
• 異質--->熱穩定性但薄膜加工成型性差，離子電導率差
• PEG與木質素鍵結---> PEG-g-木質素聚合物：優異的Li離子導電性、良好的熱穩定性、良好的成膜性
• 電解液種類：SPE（由PEG-g-木質素添加不同量的PVDF-HFP組成，以提高成膜性）、CPE（LLGZO陶瓷與PEG-g-木質素滲入聚四氟乙烯複合而成）聚四氟乙烯))
• 木質素 & PVDF-HFP---> 不導電

材料：

• LignoBoost 製程中的木質素、PTFE 薄膜、PEG (MW 200 g/mol)、LiTFSI、摻鎵鋰鑭鋯氧化物 (LLGZO、Li6.4Ga0.2La3Zr2O12)、PVDF-HFP

PEG-g-木質素的合成：

• 60 g LignoBoost 木質素---> 乾燥---> + 300 g PEG 和 0.9 g 95% H2SO4---> 160 °C 使用油浴 4-h---> 放入去離子水中 -- ->離心和凍乾

固相萃取：

• 300 mg PEG-g-木質素+ PVDF-HFP（50 w%、30 w% 和15 w %，以PEG-g-木質素計算）---> 混合---> 溶解在N,N 二甲基甲醯胺(DMF) 中---> 20%。鋰鹽（LiTFSI）--->澆鑄--->80度乾燥

持續教育：

• PEG-g-木質素/PVDF-HFP/LiTFSI+ LLGZO粉末(1:3)--->混合--->成PTFE薄膜

測試：

• FT-IR（PEG-g-木質素的結構）、P核磁共振（P NMR）（PEG接枝到木質素上）、2D HSQC NMR（木質素鍵的變化）、凝膠滲透色譜（GPC）（木質素的分子量）、熱重分析(TGA)（熱穩定性）、差示掃描量熱法(DSC)、交流阻抗

基於複合木質素薄膜的高性能、環保鋰離子電池凝膠聚合物電解質

劉B.、黃Y.、曹H.、宋A.、林Y.、王明、李X. (2018)。一種基於複合木質素薄膜的高性能、環保鋰離子電池凝膠聚合物電解質。固體電化學雜誌，22 (3), 807–816。

• 透過製造和鑄造木質素-PVP 聚合物並將其浸入液體電解質中來研究木質素基凝膠電解質的機械和熱性能

材料：

• 鹼木質素、鹽酸、PVP、KH-550、LiFePO4、LiPF6、碳酸亞乙酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）

木質素-PVP：

• 2.0g鹼木質素和100mL去離子水--->室溫攪拌1h--->+HCL--->+矽烷醇(0.2mLγ氨丙基三乙氧基矽烷和10mL去離子水混合水解)- -->2h 110度--->PVP--->攪拌--->除去水--->120度乾燥

凝膠聚合物電解質：

• 0.8 g木質素-PVP溶於40mL去離子水--->40度攪拌2小時--->澆注--->80度除水--->打孔--->80度乾燥24小時- --> 浸入EC/DMC/DEC（液體電解質）中的LiPF6中

測試：

• SEM、FT-IR、DSC、TGA、機電萬能試驗機、EIS 測量離子電導率、線性掃描伏安法 (LSV)、應力應變

木質素/矽雜化碳奈米纖維用於高效可持續鋰離子負極材料

Culebras, M.、Collins, GA、Beaucamp, A.、Geaney, H. 和 Collins, MN用於高效可持續鋰離子陽極材料的木質素/矽混合碳奈米纖維。工程科學，第 17 卷(0)，195–203，2022 年

• 透過木質素/PLA/Si靜電紡絲製造陽極---> PLA在木質素（CNF）中提供孔隙，Si顆粒均勻分佈在纖維中

材料：

• EC-DEC 中的有機溶劑硬木木質素、PLA、DMF、THF、MDI、Si、Super P、LiPF6（1:1 v/v）、碳酸亞乙烯酯（VC，97%）、羧甲基纖維素（CMC）

靜電紡絲解決方案：

• PLA 在 THF:DMF 中 ---> 60 度攪拌 1 小時 ---> +木質素 ---> 混合 30 分鐘 ---> +Si ---> 混合 10 分鐘 ---> 超音波處理20分鐘---> +MDI---> 靜電紡絲

CNF粉（碳化）：

• 靜電紡絲--->穩定：25至150每分鐘1度--->在150保持14小時--->150至200每分鐘1度--->在200保持1小時--- > 200至250 每分鐘1 度---> 在250 保持1 小時---> 碳化：管式爐---> 在氮氣流下每分鐘10 度升至900 度---> 900 30分鐘

電極漿料：

• 炭黑在 1.5 wt% CMC 的水中（黏合劑溶液）---> 攪拌 6 小時---> +CNF---> 攪拌過夜---> 60 度刮刀

測試：

• SEM、EDX、FESEM、拉曼光譜、XRD、XPS、電化學測試

回收木質素和矽廢料用於先進矽/碳電池陽極

劉文、劉建、朱明、王文、王麗、謝詩、王麗、楊X、何X、孫Y。回收木質素和矽廢料用於先進矽/碳電池陽極。ACS 應用材料與介面，12 (51), 57055–57063, 2020

• 光伏工業的矽廢料（∼40 wt%（∼1.54 × 105 噸））和造紙工業的木質素廢料（紙漿工業每年產生 7.0 × 107 噸）
• Si：容量高，但電子傳導性差，Si體積變化大，固體電解質界面（SEI）不穩定
• C基體中的Si：成本低，使用者友好，防止Si體積變化並增強導電性
• 木質素中的OH基團帶負電--->用陽離子界面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對Si顆粒進行改質
• 陽離子界面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）改質矽顆粒+負電性木質素分子

材料：

• 太陽能廢矽粉--->球磨20小時--->用10wt％HF溶液和去離子水清洗--->40毫克加入90毫克CTAB的40毫升去離子水中--->超音波處理並攪拌30分分鐘
• 400 mg 蘇打製漿黑液中的木質素---> + 40 ml KOH---> 攪拌---> + 矽分散液---> Si/CTAB+木質素---> 500 μL 硫酸（用於共沉澱木質素/Si) ---> 離心收集Si/木質素，用去離子水洗滌（3次）-----()---> 60度真空乾燥一晚---> 800 ℃退火度2小時---> Si/C
• Si/C---> 銅上漿料澆注（80% Si/C+ 10% 黏合劑（聚丙烯酸））+ 10% 導電添加劑（超級 P）

測試：

• FESEM（形貌）、TEM（微觀結構）、XRD、FTIR 和 XPS（化學成分）、TGA
• 電化學測試：
• Si/C---> 銅上漿料澆注（80% Si/C+ 10% 黏合劑（聚丙烯酸））+ 10% 導電添加劑（超級 P）

用於鋰離子電池微矽陽極的新型木質素水溶性黏合劑

羅成、杜麗、吳文、徐紅、張光、李勝、王成、陸志、鄧雲 (2018)。用於鋰離子電池微矽陽極的新型木質素衍生水溶性黏合劑。美國化學學會可持續化學與工程，6 (10), 12621–12629。https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b01161

• 本文使用木質素作為低成本微矽陽極的黏合劑。
• PVDF 黏合劑：弱范德華相互作用
• NMP黏合劑：對環境不友善

材料：

• 鹼木質素（AL）（PAL）、丙烯腈（AN）、無水氯化鈣（CaCl2）、過氧化氫（H2O2）、二甲基亞砜（DMSO）、2,2'-偶氮異丁腈（AIBN）、微矽顆粒（SiMP）、炭黑、去離子水

帕爾潘：

• 3 mL AN + 3 mg AIBN 溶於 6.3 ml DMSO---> 在惰性狀態下 70 度攪拌 3h ---> 得到活性低聚 AN---> 冷卻至 50 度
• AN 在含有 PAL (1.0 g) 和 CaCl2 (1.0 g) 的 5.0 mL DMSO 溶液中--->惰性攪拌 15 分鐘---> + 0.6 mL H2O2 (30 wt%)---> 在 70 度攪拌6h --->pH=2的酸化水中--->沉澱--->DMSO中--->水中--->80度真空乾燥--->得到PAL-PAN
• PAL-PAN 於 80.0 mL 1 M NaOH 中---> 70 度攪拌 5 小時---> 在 HCL 中得到 7 PH---> 去離子水並冷凍乾燥
• 電極：Si 與超級 P 和 PAL-NaPAA 黏合劑的混合物

測試：

• FT-IR、NMR、SEM、CV、EIS、連續剛度測量 (CSM)

超高彈性木質素基共聚物作為鋰離子電池矽陽極的有效黏合劑

袁J.-M.、任W.-F.、王K.、蘇T.-T.、焦G.-J.、邵C.-Y.、蕭L.- P.，＆Sun，R. -C。（2022）。超高彈性木質素基共聚物作為鋰離子電池矽陽極的有效黏合劑。美國化學學會永續化學與工程，10 (1), 166–176。https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05359

• 本文涉及木質素在加工過程中的斷裂及其無法用作鋰離子電池中的黏合劑。建議的方法是透過木質素（L）-聚丙烯酸（PAA）（1:3）共聚來增加矽電極黏合劑的彈性。

材料：

• 木質素、PAA、矽奈米顆粒、1,4-二噁烷

準備：

• 木質素和PAA（1:3）在1,4-二噁烷中--->磁力攪拌--->在空氣中60度加熱100度10小時。

電極：

• Si、乙炔黑、L−PAA混合物（60:20:20）在1,4-二噁烷中--->澆鑄--->在60度下乾燥2小時

特性描述：

• 光譜儀、NMR、拉伸測試、熱分析、DSC、DMA、熱機械分析儀、SEM、XPS、電化學測試

從富矽生物質萃取木質素-SiO2複合材料製備鋰離子電池Si/C負極材料

李Y.、劉L.、劉X.、馮Y.、薛B.、於L.、馬L.、朱Y.、超Y.、王X。（2021）。從富矽生物質中萃取木質素-SiO2複合材料製備鋰離子電池以Si/C負極材料。材料化學與物理，262，124331。https ://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124331

• 以稻殼為原料，經鹼提酸沉、碳化、球磨、鎂熱還原及添加劑作為陽極，得到木質素-SiO2。
• 矽酸鹽和木質素具有相似的水解特性（鹼性溶液溶解，酸性溶液沉澱）

材料：

• 稻殼、氫氧化鈉、硫酸、氫氟酸、鹽酸、石墨粉、聚乙二醇-2000（PEG）、鎂粉、煤焦油電極瀝青（CTEP）、DI、乙醇

準備LS：

• 50 g RH + 500 mL 1 M HCL--->真空萃取--->加入350 mL 8% NaOH--->煮沸4 h--->真空過濾--->與DI和乙醇混合（ 2: 1:1)--->磁力攪拌下1M H2SO4--->+5g PEG--->直到PH 3--->真空過濾--->殘渣用DI洗滌--->乾燥100度時

碳化和球磨：

• LS 在石英管爐中，在 700 ℃ 下，在 Ar 下，以每分鐘 5 度的速率進行 2 小時---> 自然冷卻至室溫 ---> 6 小時球磨機

鎂熱還原：

• 0.5 g LS 與0.33 g Mg 粉末一起研磨---> 4.15 g KCL 和4.15 g LiCl---> 石英管爐並在650°C 下以每分鐘5 度的速率煅燒5 小時---> 冷卻至室溫---> 1 M HCl 清洗 5 小時，1 M HF 清洗 20 分鐘 ---> DI ---> 80 度乾燥

添加劑改質：

• 0.09 g LS-BM、0.015 g CTEP 和 0.015 g 石墨於 80 mL 乙醇中，磁力攪拌 2h---> 真空過濾---> 殘餘物---> 用 80 mL 乙醇洗滌---> 乾燥80度夜間--->在石英管爐中以5℃min−1速率在120℃下煅燒1小時和850℃下3小時--->冷卻

特性描述：

• TGA、XPS、SEM、TEM、拉曼、BET、電化學測試

鋰離子電池以回收矽切片漿料和木質素/木質纖維素製備矽基複合負極

Chou, C.-Y.、Kuo, J.-R. 和 Yen, S.-C.。（2018）。由回收的矽切片漿料和木質素/木質纖維素製備的鋰離子電池的矽基複合負極。美國化學學會永續化學與工程，6 (4), 4759–4766。https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b03887

• 製造木質素/矽陽極。

材料：

• 木質素（來自去除半纖維素和鈉的酸水解過程）、木質纖維素

製備複合材料：

• 木質素和木質纖維素在管式爐中分兩步熱解，1）Ar氣氛和2）空氣氣氛---->每個階段之間的樣品重量--->乙醇中的2g--- >磁力攪拌--->+2g Si--->攪拌2h--->超音波處理30min--->黏稠--->爐600度煅燒5h

電極：

• 複合材料+炭黑+丁苯橡膠和羧甲基纖維素作為黏合劑（80:10:5:5）在乙醇（20%固體）中--->磁力攪拌1小時--->60度乾燥

測試：

• SEM、EDS、TGA、XRD、雷射顆粒分析儀、電化學循環測試、CV、EIS

用於儲能裝置的木質素纖維奈米碳電極的開發和表徵

Stojanovska, E.、Pampal, ES、Kilic, A.、Quddus, M. 與 Candan, Z. (2019)。用於儲能裝置的木質素纖維奈米碳電極的開發和表徵。複合材料 B 部分：工程，158，239–248。https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.09.072

• 木質素/PVA的靜電紡絲並使用該產品作為陽極。這項研究證明木質素可能是一種有前途的儲存設備材料。

廢木質素多孔碳的快速一鍋微波製備和等離子體改質用於儲能應用

陳文、王X、羅明、楊鵬、週X（2019）。用於儲能應用的廢木質素多孔碳的快速一鍋微波製備和等離子體改質。廢棄物管理，89，129–140。https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.03.056

• 本研究涉及利用加濕微波加熱製造生物質基多孔碳。在這方面，消除了製備此碳的兩個耗時且昂貴的步驟：碳化和活化。此外，過氧化氫 (H2O2)、硝酸 (HNO3)、硫酸 (H2SO4) 和磷酸 (H3PO4) 也能增強碳的電化學性能。因此，微波加熱是在加濕的N2中進行的。

材料：

• 酶解木質素 (EHL)、KOH、N2、HCL、去離子水

準備：

• 接地EHL-->過篩-->乾燥--->2g KOH (1:3)--->攪拌1h--->乾燥--->研磨--->微波--->氮氣注射程序前--->800 W 30 分鐘---> 在HCL 中---> 去離子水至PH 7---> 乾燥(---------)

電極：

• 碳樣+乙炔黑+聚四氟乙烯（8:1:1）+乙醇

測試：

• 氣體吸附分析儀、Brunauer-Emmett-Teller (BET)、密度泛函理論 (DFT)、SEM、XPS、拉曼、電化學測量

用於硬碳陽極的木質素前驅物預氧化可提高鋰離子儲存容量

杜Y.-F.、孫G.-H.、李Y.、程J.-Y.、陳J.-P.、宋G.、孔Q.-Q.、謝L.-J. 和陳C.-M. （2021）。用於硬碳陽極的木質素前驅物的預氧化可提高鋰離子儲存容量。碳，178，243–255。https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.03.016

• 本研究的重點是木質素基碳的預氧化以增強電化學容量。
• 準備：
• 將木質素磺酸鈉溶於水（20%）（原料製成球狀）--->霧化--->乾燥--->馬弗爐在不同溫度（150、200、250）下加熱24h --->在管式爐600度2小時（每分鐘1度）--->清洗
• 樣品粉、黏結劑（丁苯橡膠（SBR）和羧甲基纖維素鈉（CMC））、炭黑（80:10:10）--->80度乾燥12h

木質素衍生的 Si@C 複合材料作為鋰離子電池的高性能負極材料

杜麗、吳文、羅成、趙紅、徐德、王瑞、鄧雲 (2018)。木質素衍生的 Si@C 複合材料作為鋰離子電池的高性能負極材料。固態離子學，319，77–82。https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.01.039

此項目是指透過鹼木質素基碳包覆矽奈米粒子並摻雜N2來增強矽基陽極的電化學性能。

準備：

• 第一種複合物：AL-偶氮-NO2和50 nm矽（1:1）在THF中--->超音波--->攪拌3小時--->通風櫃蒸發THF--->接地- -->爐溫750（5度/分鐘）N2氣氛下4h--->自然冷卻
• 第二種複合材料：AL 取代 AL-azo-NO2

電極：

• Si@C粉+Super P+海藻酸鈉黏合劑(8:1:1)--->球磨30 min-->水--->微機攪拌30 min

聚環氧乙烷（PEO）百分比和木質素類型對木質素/PEO共混長絲性能的影響

Yu, Q.、Bahi, A. 與 Ko, F. (2015)。聚環氧乙烷 (PEO) 百分比和木質素類型對木質素/PEO 共混長絲性能的影響：聚環氧乙烷 (PEO) 百分比的影響…。高分子材料與工程，300（10），1023–1032。https://doi.org/10.1002/mame.201500045

• 木質素具有黏彈性行為。本研究旨在用木質素和 PEO 混合物製造長絲。結果表明，PEO含量為15%的HWKL/PEO共混長絲直徑非常均勻，表面光滑，具有足夠的壓縮和拉伸強度，在30度/小時的升溫速率下具有熱穩定性。

準備：

• HWKL在HCL中--->二氯甲烷--->攪拌39分鐘--->過濾--->3次（風乾--->接地）--->減壓旋轉蒸發儀20度-- -> 增加到50 30 分鐘---> 研磨---> 乾燥2 小時
• 長絲：45度熱預處理24h--->機械共混--->140～200℃擠出
• 3d列印：熱穩定燈絲（安裝在不銹鋼上--->加熱至250℃，持續1小時）--->在馬弗爐中在N2氣氛下1000度碳化

由木質素製成的高度堅固的鋰離子電池陽極：一種豐富的、可再生的、低成本的材料

Tenhaeff, WE、Rios, O.、More, K. 與 McGuire, MA (2014)。由木質素製成的高度堅固的鋰離子電池陽極：一種豐富的、可再生的、低成本的材料。先進功能材料，24（1），86-94。https://doi.org/10.1002/adfm.201301420

• 本研究旨在透過熔融加工和熱轉換方法製造一種木質素基陽極，該陽極也可用作集電器。

準備：

• 硬木纖維-->聚乙烯中--->>木質素纖維墊--->加熱至250度（氧化穩定）--->在流動氬氣中1000、1500、2000下熱解和碳化-- ->冷卻

電極：

• 粉末 + 聚偏二氟乙烯 (PVDF) 黏合劑 + 導電碳添加劑 (Super C65) (83:15:2)，溶於無水 N-甲基吡咯烷酮

參考

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[2] 張Y.、石G.、秦J.、Lowe, SE、張S.、趙H.和鐘YL (2019)。先進穿戴式裝置電子元件直接墨水書寫的最新進展。ACS 應用電子材料，1 (9)，1718–1734。https://doi.org/10.1021/acsaelm.9b00428

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作者	瑪麗亞姆·莫塔吉
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已創建	2022 年7 月 17 日作者：瑪麗安‧莫塔吉
修改的	2023 年6 月 5 日作者：Felipe Schenone
引用為	瑪麗亞姆·莫塔吉(2022–2023)。《木質素基儲能裝置文獻綜述》。附錄。檢索日期：2024 年 1 月 30 日。
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