کاربرد آسفالت در مواد آند

2025-03-26

گرافیت که به عنوان ماده آند تجاری استفاده می‌شود، به تدریج نتوانسته است به تقاضای رو به رشد برای مواد آند با ظرفیت بالا پاسخ دهد به دلیل ظرفیت نظری محدود آن. اگر از قیر به عنوان پیش‌ماده کربن برای الکترود آند باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده شود، نه تنها می‌توان از کاربرد با ارزش افزوده بالا قیر استفاده کرد، بلکه می‌تواند روش‌ها و اکتشافات جدیدی برای بهبود عملکرد الکتروشیمیایی مواد آند فراهم کند.

لی و همکاران از ذرات نانو اکسید منیزیم به عنوان الگو و قیر نفتی به عنوان منبع کربن استفاده کردند. پس از پخش اولتراسونیک در فاز مایع، آنها در دمای بالا 800 درجه سانتی‌گراد به مدت 1 ساعت در حفاظت نیتروژن درمان شدند و الگو با نمک‌زدایی حذف شد تا ساختارهای توخالی فوق‌العاده نازک با ساختار توخالی منحصر به فرد آماده شود. پوسته کربنی متخلخل (PACS). به دلیل لایه‌های فوق‌العاده نازک و ساختار متخلخل سلسله‌مراتبی، PACS نقاط فعال بیشتری برای انتقال یون فراهم می‌کند، با ظرفیت برگشت‌پذیر 334 میلی آمپر ساعت به ازای گرم پس از 1000 چرخه در چگالی جریان 1 آمپر به ازای گرم و با حفظ ظرفیت 90 درصد.

در حین تهیه، کراس‌لینکینگ با ورود اکسیژن در هوا ارتقا می‌یابد، که از ادغام آسفالت با نقطه نرم شدن پایین در امولسیون جلوگیری کرده و نیازی به پردازش پس از آن برای تثبیت مورفولوژی کروی آن نیست. هنگامی که به عنوان ماده الکترود منفی برای باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده می‌شود، ظرفیت‌های گرمی PCB به ترتیب 373.6 میلی آمپر ساعت به ازای گرم و 125.8 میلی آمپر ساعت به ازای گرم در چگالی‌های جریان 0.05 آمپر به ازای گرم و 5 آمپر به ازای گرم است. ظرفیت‌ها به ترتیب 316.1 میلی آمپر ساعت بر سانتی‌متر مکعب و 106.4 میلی آمپر ساعت بر سانتی‌متر مکعب است.

ماده کربنی مبتنی بر آسفالت می‌تواند به عنوان الکترود منفی استفاده شود تا ارزش آسفالت را افزایش دهد، اما به دلیل ترکیب پیچیده آسفالت، ظرفیت خود ماده آسفالت بالا نیست، اگر به طور مستقیم به عنوان ماده منفی استفاده شود، نیاز به طراحی میکروساختار دارد و تولید انبوه آن دشوار است و هزینه آن خیلی بالا است. بنابراین، معمولاً آسفالت به عنوان ماده اصلاح‌شده در فرآیند تولید استفاده می‌شود تا به استفاده با ارزش افزوده بالا از آسفالت دست یابیم.

پوشش‌گذاری سطحی یکی از متداول‌ترین روش‌ها برای اصلاح مواد آند در صنعت در حال حاضر است. این روش یک لایه کربن آمورف بر روی سطح مواد از طریق کربن‌سازی فاز جامد، فاز مایع یا فاز گاز تشکیل می‌دهد تا یک "ساختار هسته-پوسته" بسازد. "ساختار پوسته" سطح می‌تواند به طور مؤثر انبساط حجمی یا آسیب ساختاری مرکز فعال ماده الکترود منفی را مهار و بافر کند، در حالی که سازگاری با الکترولیت را افزایش می‌دهد و تثبیت ماده الکترود را حفظ می‌کند.

گرافیت به عنوان ماده آند باتری‌یونی لیتیوم هنوز مشکلات زیادی دارد، مانند اینکه در فرایند شارژ و دشارژ، گنجاندن و جداسازی یون‌های لیتیوم منجر به لایه‌لایه شدن و تخریب ساختار گرافیت می‌شود، سازگاری گرافیت و الکترولیت ضعیف است و ضریب نفوذ شیمیایی یون‌های لیتیوم در گرافیت کوچک است. برای حل این مشکلات، نیاز به اصلاح گرافیت است. به عنوان یک منبع کربن رایج برای گرافیت اصلاح‌شده، قیر مورد توجه محققان قرار گرفته است.

مواد آند مبتنی بر قیر، نوآوری‌هایی در ساختار مواد و روش آماده‌سازی خود دارند و عملکرد ظرفیت و سرعت در مقایسه با مواد آند مبتنی بر گرافیت، پیشرفت‌های بزرگی را به همراه داشته است، اما پدیده هیسترزیس ولتاژ شارژ-دشارژ جدی است، چگالی انرژی کاهش می‌یابد و تولید انبوه آن دشوار است. با این حال، مکانیسم اصلاح پوشش آسفالت هنوز مشخص نیست و بهبود بیشتر خواص مواد و حفظ ثبات خواص مواد اصلاح‌شده هنوز مشخص نیست. فضای بیشتری برای بهبود فنی وجود دارد.

اگرچه آسفالت به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما ترکیب و ساختار آسفالت به دلیل منابع پیچیده مواد اولیه آسفالت و تفاوت در فناوری پردازش، پیچیده است. در طول فرآیند تولید، به دلیل زمان طولانی غربالگری آسفالت خام، ناپایداری فرآیند غربالگری منجر به افزایش هزینه‌ها و پایین بودن قوام محصولات نهایی می‌شود. بنابراین، توسعه آسفالت ویژه برای مواد آند باتری لیتیوم-یون و تشخیص سریع آسفالت نیز از دیگر موارد مورد توجه مواد آند اصلاح‌شده با آسفالت است.