تطبيق الأسفلت في مواد القطب الموجب

2025-03-26

الغرافيت، الذي يُستخدم كمادة قطب موجب تجاري، أصبح غير قادر بشكل متزايد على تلبية الطلب المتزايد على مواد الأقطاب الموجبة ذات السعة العالية بسبب سعتها النظرية المحدودة. إذا تم استخدام القار كمادة سابقة للكربون لقطب بطارية أيون الليثيوم، فإنه لا يمكن أن يحقق فقط الاستخدام عالي القيمة المضافة للقار، بل يوفر أيضًا بعض الطرق والاستكشافات الجديدة لتحسين الأداء الكهربائي الكيميائي لمواد الأقطاب.

استخدم لي وآخرون جزيئات أكسيد المغنيسيوم النانوية كقالب و القار كخامة كربونية. بعد التشتت بالموجات فوق الصوتية في الطور السائل، تم معالجتها عند درجة حرارة عالية تبلغ 800 درجة مئوية لمدة ساعة تحت حماية النيتروجين، وتم إزالة القالب عن طريق النقع لتحضير هياكل مجوفة رفيعة للغاية ذات هيكل مجوف فريد. قشرة كربون مسامية (PACS). نظرًا لشرائحها الرفيعة للغاية وهيكلها المسامي المتدرج، توفر PACS المزيد من المواقع النشطة لنقل الأيونات، مع سعة قابلة للعكس قدرها 334 مللي أمبير/غ بعد 1000 دورة عند كثافة تيار 1 أمبير/غ، واحتفاظ بسعة قدره 90%.

أثناء التحضير، يتم تعزيز الترابط المتقاطع من خلال إدخال الأكسجين في الهواء، مما يجنب تمازج الأسفلت ذي نقطة الانصهار المنخفض في المستحلب ولا يتطلب معالجة لاحقة لتثبيت شكله الكروي. عند استخدامه كمادة قطب سلبي لبطاريات أيون الليثيوم، تكون سعات PCB هي 373.6 مللي أمبير/غ و 125.8 مللي أمبير/غ عند كثافات تيار قدرها 0.05 أمبير/غ و 5 أمبير/غ، على التوالي. أما السعات تكون 316.1 مللي أمبير/سم³ و 106.4 مللي أمبير/سم³، على التوالي.

يمكن استخدام المادة الكربونية المستندة إلى الأسفلت كقطب سلبي لتحسين قيمة الأسفلت، ولكن نظرًا للتكوين المعقد للأسفلت، فإن سعة مادة الأسفلت نفسها ليست عالية، وإذا تم استخدامها مباشرة كمادة سالبة، فإنها تحتاج إلى تصميم الميكروهيكل، ومن الصعب الإنتاج الضخم، وتكون التكلفة مرتفعة للغاية. لذلك، يُستخدم الأسفلت عادة كمادة معدلة في عملية الإنتاج لتحقيق الاستخدام عالي القيمة المضافة للأسفلت.

إن طلاء السطح هو واحدة من أكثر الطرق المستخدمة شيوعًا لتعديل مواد الأقطاب الموجبة في الصناعة حاليًا. تُشكّل هذه الطريقة طبقة من الكربون غير المتبلور على سطح المواد من خلال الكربنة في الطور الصلب أو السائل أو الغازي لبناء "هيكل قلب-قشرة". يمكن أن يقيّد "هيكل القشرة" في السطح بفاعلية ويوفر حلاً لتوسيع الحجم أو الأضرار الهيكلية للمركز النشط لمادة القطع السلبية، مع زيادة التوافق مع الإلكتروليت والمحافظة على استقرار مادة القطب.

لا يزال الغرافيت كمادة أنود لبطارية أيون الليثيوم يعاني من العديد من المشكلات، مثل عملية الشحن والتفريغ، حيث يؤدي انغماس أيونات الليثيوم وإزالتها إلى تقشر الطبقات وتدمير بنية الغرافيت، كما أن التوافق بين الغرافيت والإلكتروليت ضعيف، ومعامل انتشار أيونات الليثيوم في الغرافيت صغير. من أجل حل هذه المشكلات، يحتاج الغرافيت إلى تعديل. وكمواد كربونية شائعة لتعديل الغرافيت، حظيت مواد الأسفلت باهتمام واسع من قبل الباحثين.

تتميز مادة الأنود القائمة على الملعب ببعض الابتكارات في هيكلها المادي وطريقة تحضيرها، وقد حققت سعتها وأدائها معدلًا كبيرًا مقارنةً بمواد الأنود القائمة على الجرافيت، إلا أن ظاهرة تباطؤ جهد الشحن والتفريغ خطيرة، وكثافة الطاقة منخفضة، ويصعب إنتاجها بكميات كبيرة؛ ومع ذلك، لا تزال آلية تعديل طلاء الأسفلت غير واضحة، ولا يزال تحسين خصائص المادة والحفاظ على اتساق خصائص المواد المعدلة غير واضحين. هناك مجال أوسع للتحسين التقني.

على الرغم من أن الأسفلت يستخدم على نطاق واسع في الصناعة، فإن تكوين وهيكل الأسفلت معقدان بسبب المصادر المعقدة لمواد الأسفلت الخام واختلافات تقنيات المعالجة. خلال عملية الإنتاج، بسبب طول وقت الفرز لأسفلت الخام، تؤدي عدم استقرار عملية الفرز إلى زيادة التكاليف وانخفاض تناسق المنتجات النهائية. لذلك، فإن تطوير أسفلت خاص لمواد الأنود لبطاريات أيونات الليثيوم والاكتشاف السريع للأسفلت هو أيضًا محور المواد المعدلة للأسفلت اللاحقة.