KLASON LIGNIN AS A POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM BATTERY

  • Сергей (Sergej) Васильевич (Vasil'evich) Гнеденков (Gnedenkov) Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022 Email: svg21@hotmail.com
  • Денис (Denis) Павлович (Pavlovich) Опра (Opra) Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022 Email: ayacks@mail.ru
  • Людмила (Ljudmila) Алексеевна (Alekseevna) Земнухова (Zemnuhova) Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022 Email: laz@ich.dvo.ru
  • Сергей (Sergej) Леонидович (Leonidovich) Синебрюхов (Sinebrjuhov) Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022 Email: sls@ich.dvo.ru
  • Александр (Aleksandr) Николаевич (Nikolaevich) Минаев (Minaev) Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022 Email: aminaev@mail.ru
  • Илья (Il'ja) Анатольевич (Anatol'evich) Кедринский (Kedrinskij) Siberian State Technological University, Mira av., 82, Krasnoyarsk, 660049 Email: kedr-vip@inbox.ru
  • Валентин (Valentin) Иванович (Ivanovich) Сергиенко (Sergienko) Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022 Email: sergienkovi@yandex.ru
DOI_disc_logo https://doi.org/10.14258/jcprm.201502419
Keywords: Klason lignin, lithium battery, organic electrode material, buckwheat husks

Abstract

For the first time the availability of Klason lignin extracted from the buckwheat (the genus Fagópyrum Mill.) husks as positive electrode material for lithium batteries has been demonstrated. Physicochemical characterization of Klason lignin was carried out. The dependence of the electrochemical behavior (vs. Li/Li+) of the Klason lignin on the milling degree was evaluated. The maximum specific capacity of lignin was equal to 600 mAh/g at a discharge rate of 75 μA/cm. Beneficial effect of the thermal pretreatment of the Klason lignin cathode at 250 °С on the battery performance was established. It was found that the discharge capacity of the battery increased by 30 % in the range from 3,3 to 0,9 V for the pretreated cathode material.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

Сергей (Sergej) Васильевич (Vasil'evich) Гнеденков (Gnedenkov), Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022
заместитель директора по научной работе, заведующий лабораторией нестационарных поверхностных процессов, доктор химических наук, профессор, тел.: (4232) 31-38-01
Денис (Denis) Павлович (Pavlovich) Опра (Opra), Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022
научный сотрудник лаборатории нестационарных поверхностных процессов, кандидат химических наук
Людмила (Ljudmila) Алексеевна (Alekseevna) Земнухова (Zemnuhova), Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022
заведующий лабораторией химии редких металлов, доктор химических наук, профессор, тел. (4232) 21-52-75
Сергей (Sergej) Леонидович (Leonidovich) Синебрюхов (Sinebrjuhov), Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022
ведущий научный сотрудник лаборатории нестационарных поверхностных процессов, доктор химических наук, доцент, тел. (4232) 31-25-88
Александр (Aleksandr) Николаевич (Nikolaevich) Минаев (Minaev), Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022
главный научный сотрудник лаборатории нестационарных поверхностных процессов, доктор технических наук, профессор
Илья (Il'ja) Анатольевич (Anatol'evich) Кедринский (Kedrinskij), Siberian State Technological University, Mira av., 82, Krasnoyarsk, 660049
доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии
Валентин (Valentin) Иванович (Ivanovich) Сергиенко (Sergienko), Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 100-letiia Vladivostoka av,, 159, Vladivostok, 690022
директор Института химии ДВО РАН, заведующий отделом строения вещества, академик РАН, доктор химических наук, тел. (4232) 31-25-90

References

Chen H., Armand M., Demailly G., Dolhem F., Poizot P., Tarascon J.-M. From biomass to a renewable LixC6O6 organic electrode for sustainable Li-ion batteries // ChemSusChem. 2008. М. 1. Pp. 348–355.

Zeng R.-H., Li X.-P., Qiu Y.-C., Li W.-S., Yi J., Lu D.-S., Tan C.-L., Xu M.-Q. Synthesis and properties of a lithium-organic coordination compound as lithium-inserted material for lithium ion batteries // Electrochemistry Communications. 2010. Vol. 12. Pp. 1253–1256.

Chen H., Armand M., Courty M., Jiang M., Grey C.P., Dolhem F., Tarascon J.-M., Poizot P. Lithium salt of tetrahydroxybenzoquinone: toward the development of a sustainable Li-ion battery // Journal of the American Chemical Society. 2009. Vol. 131. Pp. 8984–8988.

Каневский Л.С. Проблема рекуперации и утилизации литиевых источников тока // Электрохимическая энергетика. 2005. Т. 5, №3. С. 209–214.

Lisbona D., Snee T. A review of hazards associated with primary lithium and lithium-ion batteries // Process Safety and Environmental Protection. 2011. Vol. 89. Pp. 434–442.

Лазарева Е.Н. Кинетические закономерности и механизм формирования интеркалятов лития в углеграфитовых материалах по методу катодного внедрения: дисс. … канд. хим. наук. Саратов, 2004. 194 с.

Karlsson C., Jämstorp E., Strømme M., Sjödin M. Computational electrochemistry study of 16 isoindole-4,7-diones as candidates for organic cathode materials // Journal of Chemical Physics C. 2012. Vol. 116. Pp. 3793–3801.

Kim J.-K., Thébault F., Heo M.-Y., Kim D.-S., Hansson Ö., Ahn J.-H., Johansson P., Öhrström L., Matic A., Jacobsson P. 2,3,6,7,10,11-Hexamethoxytriphenylene (HMTP): A new organic cathode material for lithium batteries // Electrochemistry Communications. 2012. Vol. 21. Pp. 50–53.

Lee S.H., Kim J.-K., Cheruvally G., Choi J.-W., Ahn J.-H., Chauhan G.S., Song C.E. Electrochemical properties of new organic radical materials for lithium secondary batteries // Journal of Power Sources. 2008. Vol. 184. Pp. 503–507.

Milczarek G., Inganäs O. Renewable cathode materials from biopolymer/conjugated polymer interpenetrating networks // Science. 2012. Vol. 335. Pp. 1468–1471.

Опра Д.П., Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Цветников А.К., Сергиенко В.И. Высокоэнергоемкие литиевые источники тока на основе гидролизного лигнина // Вестник ДВО РАН. 2012. №2. С. 111–116.

Gnedenkov S.V., Opra D.P., Sinebryukhov S.L., Tsvetnikov A.K., Ustinov A.Y., Sergienko V.I. Hydrolysis lignin-Based Organic Electrode material for primary lithium batteries // Journal of Solid State Electrochemistry. 2013. Vol. 17, №10. Pp. 2611–2621.

Гнеденков С.В., Опра Д.П., Синебрюхов С.Л., Цветников А.К., Устинов А.Ю., Сергиенко В.И. Литиевые хи-мические источники тока на основе гидролизного лигнина // Электрохимическая энергетика. 2013. Т. 13, №1. С. 23–33.

Гнеденков С.В., Опра Д.П., Синебрюхов С.Л., Цветников А.К., Устинов А.Ю., Сергиенко В.И. Характеристики литиевых источников тока на основе гидролизного лигнина // Вестник ДВО РАН. 2013. №5. С. 12–22.

Gnedenkov S.V., Opra D.P., Sinebryukhov S.L., Tsvetnikov A.K., Ustinov A.Y., Sergienko V.I. Hydrolysis Lignin: electrochemical properties of the organic cathode material for primary lithium battery // Journal of Industrial and Engi-neering Chemistry. 2014. Vol. 20. Pp. 903–910.

Пат. 2482571 (РФ). Способ получения катодного материала для химических источников тока / А.К. Цветников, Д.П. Опра, Л.А. Матвиенко, С.Л. Синебрюхов, С.В. Гнеденков, В.И. Сергиенко. 2013, №14. С. 8.

Вураско А.В., Минакова А.Р., Дрикер Б.Н. Кинетика окислительно-органосольвентной делигнификации недре-весного растительного сырья // Химия растительного сырья. 2010. №1. С. 35–40.

Патрушева О.В., Ковехова А.В., Барышева В.С., Земнухова Л.А. Лигнины Классона плодовых оболочек риса, гречихи и подсолнечника // Химия и технология растительных веществ: тез. докл VIII Всерос. конф. Калинин-град; Сыктывкар, 2013. С. 176.

Никитин В.М., Оболенская А.В., Щёголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М., 1978. 368 с.

Gnedenkov S.V., Tsvetnikov A.K., Opra D.P., Sinebryukhov S.L., Sergienko V.I. Fluorocarbon materials produced by the thermo destruction of polytetrafluoroethylene and possibility of theirs application in Li/(CFx)n batteries // Physics Procedia. 2012. Vol. 23. Pp. 86–89.

Митькин В.Н. Новейшие электродные материалы для литиевой химической энергетики. Новосибирск, 2001. 162 c.

Лиу К.М., Чен Ж., Ван Ф.К., Йи Б.Л. Улучшение электрохимических свойств поли(4-метакрилоилокси-2,2,6,6-тетраметил-пиперидин-N-оксилового) катода с помощью саж с большой удельной площадью поверхности // Электрохимия. 2012. Т. 48, №11. С. 1155–1160.

Lam P., Yazami R. Physical characteristics and rate performance of (CFx)n (0.33

Вовчук В.Е., Митькин В.Н., Галицкий А.А., Кузовников А.М. Разработка усовершенствованных методов неразрушающей диагностики промышленных и опытных литиевых источников тока // Электрохимическая энергетика. 2007. Т. 7, №2. С. 103–114.

Schweikert N., Hahn H., Indris S. Cycling behaviour of Li/Li4Ti5O12 cells studied by electrochemical impedance spectroscopy // Physical Chemistry Chemical Physics. 2011. Vol. 13. Pp. 6234–6240.

Кедринский И.А., Дмитренко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М., 1992. 240 c.

Кедринский И.А., Дмитренко В.Е., Поваров Ю.М., Грудянов И.И. Химические источники тока с литиевым электродом. Красноярск, 1983. 247 c.

Dey A.N. Lithium anode film and organic and inorganic electrolyte batteries // Thin Solid Films. 1977. Vol. 43. Pp. 131–171.

Aurbach D., Zaban A., Ein-Eli Y., Weissman I., Chusid O., Markovsky B., Levi M., Levi E., Schechter A., Granot E. Recent studies on the correlation between surface chemistry, morphology, three-dimensional structures and performance of Li and Li–C intercalation anodes in several important electrolyte systems // Journal of Power Sources. 1997. Vol. 68. Pp. 91–98.

Zhao L., Wang W., Wang A., Yuan K., Chen S., Yang Y. A novel polyquinone cathode material for rechargeable lithium batteries // J. Power Sources. 2013. Vol. 233. Pp. 23–27.

Львов А.Л. Литиевые химические источники тока // Соросовский образовательный журнал. 2001. №7. C. 45–51.

Andersson A. Surface phenomena in Li-ion batteries : dis. … Ph. D. in inorg. chem. Uppsala, 2001. 54 p.

Walker W., Grugeon S., Mentre O., Laruelle S., Tarascon J.-M., Wudl F. Ethoxycarbonyl-based organic electrode for Li-batteries // Journal of the American Chemical Society. 2010. Vol. 132. Pp. 6517–6523.

Novák P., Podhájecký P. A high temperature lithium-copper oxide cell with a solid polymer electrolyte // Journal of Power Sources. 1991. Vol. 35. Pp. 235–247.

Gao X.P., Bao J.L., Pan G.L., Zhu H.Y., Huang P.X., Wu F., Song D.Y. Preparation and electrochemical performance of polycrystalline and single crystalline CuO nanorods as anode materials for Li ion battery // Journal of Physical Chemistry B. 2004. Vol. 108. Pp. 5547–5551.

Кебадзе Ж.М., Какурия Л.Ш., Пруидзе В.П. Использование углеродного волокнистого материала для повышения электротехнических характеристик элемента Лекланше // Электрохимическая энергетика. 2005. Т. 5, №4. С. 241–245.

Minakshi M., Ionescu M. Anodic behavior of zinc in Zn-MnO2 battery using ERDA technique // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. Pp. 7618–7622.

Грибков И.В. Химический состав и строение технического гидролизного лигнина: дисс. … канд. хим. наук. СПб., 2008. 142 с.

Opra D.P., Gnedenkov S.V., Sinebryukhov S.L., Tsvetnikov A.K., Sergienko V.I. Fabrication of battery cathode mate-rial based on hydrolytic lignin // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 213. Pp. 154–159.

Published
2015-02-09
How to Cite
1. Гнеденков (Gnedenkov)С. (Sergej) В. (Vasil’evich), Опра (Opra)Д. (Denis) П. (Pavlovich), Земнухова (Zemnuhova)Л. (Ljudmila) А. (Alekseevna), Синебрюхов (Sinebrjuhov)С. (Sergej) Л. (Leonidovich), Минаев (Minaev)А. (Aleksandr) Н. (Nikolaevich), Кедринский (Kedrinskij)И. (Il’ja) А. (Anatol’evich), Сергиенко (Sergienko)В. (Valentin) И. (Ivanovich) KLASON LIGNIN AS A POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM BATTERY // chemistry of plant raw material, 2015. № 2. P. 239-248. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/419.
Issue
No 2 (2015)
Section
Application

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

The authors, which are published in this journal, agree to the following conditions:

1. Authors retain the copyright to the work and transfer to the journal the right of the first publication along with the work, at the same time licensing it under the terms of the Creative Commons Attribution License, which allows others to distribute this work with the obligatory indication of the authorship of this work and a link to the original publication in this journal .

2. The authors retain the right to enter into separate, additional contractual agreements for the non-exclusive distribution of the version of the work published by this journal (for example, to place it in the university depository or to publish it in a book), with reference to the original publication in this journal.

3. Authors are allowed to post their work on the Internet (for example, in a university repository or on their personal website) before and during the review process of this journal, as this may lead to a productive discussion, as well as more links to this published work.