In recent years, sodium ion batteries (SIBs) have emerged as a strong contender to lithium-ion batteries (LIBs). The most promising anode for the SIBs is hard carbon (HC), which can be derived from a wide variety of raw materials and waste globally. Using waste as raw material for SIB anodes has the potential to be a low-cost and sustainable alternative to the expensive and unsustainable LIB components. Recent research has presented a lot of potential waste-derived precursor materials for HC anodes for SIBs. However, the research of waste-derived precursors that are geographically relevant to Sweden are lacking. Given the abundance of annual waste cardboard in Sweden as well as the lack of research about it as a HC- anode, this study aims to explore its viability a precursor material for waste-derived HC anode production. For comparison, we have also included sawdust, an abundant material previously studied in Sweden, in our investigation. This study used a two-step carbonization approach, pyrolysis and high-temperature carbonization, to produce HC from cardboard. Specifically, the impact of varying carbonization temperatures (800, 1000, and 1300°C) on the structural characteristics of the hard carbon was investigated. The samples were analysed using SEM, Raman and XRD to determine their structural parameters. It was also tested for electrochemical performance by producing a half-cell battery, where it was tested for its capacity and initial coulombic efficiency (ICE). Furthermore, an economic analysis was made to review the profitability of the process where it was concluded that it is more profitable to produce HC compared to incinerating it for energy, and that sawdust-derived HC is more profitable to produce in comparison to cardboard-derived HC. The results revealed sub-optimal structural parameters and an unsatisfactory electrochemical performance with a capacity of 108.9 - 140.8 mAhg-1 and an ICE of 77.3% for the cardboard-derived HC. The poor performance primarily stemmed from the high ash content of 17.49% within the cardboard, indicating that untreated cardboard should not be used as a raw material for a SIB anode and is not suitable for commercial usage. / De senaste åren har natriumjonbatterier (SIBs) slagit igenom som en stark kandidat för att konkurrera med litiumjonbatterier (LIBs). Den mest lovande anoden för SIBs är "hard carbon” (HC), vilket kan produceras från en bred skara av råmaterial i världen. Att använda avfall som ursprungsråvara till HC-anoder for SIBs har potential att vara ett hållbart och lågkostnadsalternativ till de dyra och ohållbara LIB komponenterna. Ny forskning har framfört många nya potentiella avfallshärstammande råmaterial för HC-anoder till SIBs. Däremot är forskningen kring passande avfall som är geografiskt relevanta för Sverige bristande. Med ett överflöd av årligt kartongavfall i Sverige, samt bristen på forskning om det som HC-anod, siktar studien på att undersöka möjligheterna kring att använda kartong som avfallshärstammanderåmaterial till HC produktion. För att jämföra omfattade vi också sågspån som ursprungsmaterial, ett annat råmaterial som har studerats tidigare i Sverige. Detta utforskades genom att producera HC från kartong. Denna studie använde en två-stegspyrolysprocess, pyrolys och carbonisering för att tillverka HC. Specifikt undersöktes påverkan av olika carboniseringstemperaturer (800, 1000, och 1300°C) på de strukturella egenskaperna hos HC-proverna. Proven blev analyserade med hjälp av SEM, Raman och XRD för att kunna fastställa deras strukturella parametrar. Proven testades därefter för elektrokemisk prestanda genom att skapa ett halv-cellbatteri där de blev testade för kapacitet och ”initial coulombic efficiency” (ICE). Utöver det gjordes en ekonomisk analys på processen där det kunde fastställas att det var mer lönsamt att producera HC än att bränna ursprungsmaterialet för energi, samt att sågspånurvunnet HC var mer lönsamt jämfört med kartongurvunnet HC. Resultaten som erhållits gav ogynnsamma strukturella parametrar samt undermålig elektrokemisk prestanda med en kapacitet på 108.9 - 140.8 8 mAhg-1 och en på ICE 77.3% för HC från kartong. De dåliga resultaten berodde mestadels på den höga mängden aska i kartongen, som mättes upp till 17.49% vilket indikerar att obehandlad kartong inte borde användas som ett råmaterial till anoder i SIBs och är därför inte lämpligt för kommersiell användning.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-331309 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Björlin, Axel, Hansson, Alexander, Zhou, Yanxi Lucie |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2023:151 |
Page generated in 0.0274 seconds